(57)【要約】本発明による空燃比気筒間インバランス判定装置（判定装置）は、機関１０の排気通路に空燃比センサ６７を備える。空燃比センサは、電圧が印加されたとき限界電流式広域空燃比センサとして機能し、電圧が印加されないとき濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能する。判定装置は、通常時、空燃比センサを限界電流式広域空燃比センサとして機能させ、その場合の空燃比センサの出力値に基いて空燃比のフィードバック制御（広域フィードバック制御）を実行する。判定装置は、インバランス判定用パラメータを取得するとき、空燃比センサを濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能させ、その場合の空燃比センサの出力値の微分値に応じた値をインバランス判定用パラメータとして取得する。そして、判定装置は、インバランス判定用パラメータの絶対値がインバランス判定用閾値よりも大きいとき「空燃比気筒間インバランス状態」が発生したと判定する。
2011042994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される空燃比気筒間インバランス判定装置であって、
前記複数の気筒のうちの少なくとも２以上の気筒から排出された排ガスが集合する前記機関の排気通路の排気集合部又は同排気通路の同排気集合部よりも下流側の部位に配設される空燃比センサであって、固体電解質層と、固体電解質層の一面に形成された排ガス側電極層と、同排ガス側電極層を覆うとともに前記排ガスが到達する拡散抵抗層と、同固体電解質層の他面に形成されるとともに大気室内に露呈された大気側電極層と、を有する空燃比検出素子を含み、前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に電圧が印加されたとき限界電流式広域空燃比センサとして機能して同空燃比検出素子に流れる限界電流に応じた値を限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓとして出力するとともに、前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に電圧が印加されていないとき濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能して同空燃比検出素子が発生する起電力を濃淡電池型出力値ＶＯ２として出力する、空燃比センサと、
前記少なくとも２以上の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに同２以上の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料をそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁と、
指示に応じて前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に前記電圧を印加する電圧印加状態か又は前記電圧の印加を停止する電圧印加停止状態かの何れかの状態を実現する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を送出するとともに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得し、同取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比と理論空燃比に設定された目標空燃比ａｂｙｆｒとが一致するように同限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比と同目標空燃比ａｂｙｆｒとの差に応じた値に基いて前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御である広域フィードバック制御を実行する広域フィードバック制御手段と、
前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出するとともに前記濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得し、同取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて、前記少なくとも２以上の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比である気筒別空燃比の間の差が大きいほどその絶対値が大きくなるインバランス判定用パラメータである濃淡電池型パラメータを取得するインバランス判定用パラメータ取得手段と、
前記取得された濃淡電池型パラメータの絶対値が所定の濃淡電池型対応インバランス判定用閾値よりも大きいとき、前記気筒別空燃比の間の差が許容値以上となっている空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するインバランス判定手段と、
を備えた空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記空燃比センサは、
前記空燃比検出素子を内部に収容するとともに前記排気通路を流れる排ガスを同内部に流入させる流入孔と同内部に流入した排ガスを同排気通路へと流出させる流出孔とを有する保護カバーを備える空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示が送出されているときに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得し、同取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて前記気筒別空燃比の間の差が大きいほどその絶対値が大きくなるインバランス判定用パラメータであって前記濃淡電池型パラメータとは異なる限界電流型パラメータを取得し、且つ、前記機関の運転状態が、前記限界電流式広域空燃比センサとして機能している場合における前記空燃比センサの応答性が所定閾値以上の応答性を確保することができない所定の特定運転状態になったとき、前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出することにより前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成されるとともに、前記取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に対応する目標値Ｖｓｔに一致するように前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御である濃淡電池型フィードバック制御を実行する濃淡電池型フィードバック制御手段を含み、
前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型フィードバック制御が実行されている場合に前記広域フィードバック制御を停止するように構成され、
前記インバランス判定手段は、
前記取得された限界電流型パラメータの絶対値が所定の限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも大きいとき、前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するように構成された、
空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記特定運転状態が、前記機関に単位時間あたりに吸入される空気の量である吸入空気流量が所定の閾値空気流量以下となる運転状態であると定められている空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項５】
請求項３に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記特定運転状態が、前記機関の一つの気筒が一回の吸気行程あたりに吸入する空気の量に応じた値である前記機関の負荷が所定の閾値負荷以下となる運転状態であると定められている空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示が送出されているときに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得し、同取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて前記気筒別空燃比の間の差が大きいほどその絶対値が大きくなるインバランス判定用パラメータであって前記濃淡電池型パラメータとは異なる限界電流型パラメータを取得し、且つ、同取得した限界電流型パラメータの絶対値が所定の限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも小さいとき前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出することにより前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成されるとともに、前記取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に対応する目標値Ｖｓｔに一致するように前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御である濃淡電池型フィードバック制御を実行する濃淡電池型フィードバック制御手段を含み、
前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型フィードバック制御が実行されている場合に前記広域フィードバック制御を停止するように構成され、
前記インバランス判定手段は、
前記取得された限界電流型パラメータの絶対値が前記限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも大きいとき、前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するように構成された、
空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項７】
請求項１又は請求項２に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記濃淡電池型パラメータを取得する所定の濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき、前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を周期的に送出し、前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を送出しているときに前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成され、
前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき、前記電圧印加状態を実現させる指示が前記インバランス判定用パラメータ取得手段により送出されている前記電圧印加停止状態を実現させる指示と時間的に重複しないように、前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を周期的に送出するとともに、前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を送出しているときに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得するように構成された、
空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記濃淡電池型パラメータを取得する所定の濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を連続的に送出するとともに前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成され、更に、前記取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に対応する目標値Ｖｓｔに一致するように前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御である濃淡電池型フィードバック制御を実行する濃淡電池型フィードバック制御手段を含み、
前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型フィードバック制御が実行されている場合に前記広域フィードバック制御を停止するように構成された、
空燃比気筒間インバランス判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関に適用され、各気筒に供給される混合気の空燃比の不均衡（空燃比気筒間インバランス、空燃比気筒間ばらつき、気筒間における空燃比の不均一性）が過度に大きくなったことを判定（監視・検出）することができる「内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置」に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に配設された三元触媒と、同排気通路であって同三元触媒の上流及び下流にそれぞれ配置された上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサと、を備えた空燃比制御装置が広く知られている。この空燃比制御装置は、機関に供給される混合気の空燃比（機関の空燃比）が理論空燃比と一致するように、上流側空燃比センサの出力と下流側空燃比センサの出力とに基いて空燃比フィードバック量を算出し、その空燃比フィードバック量により機関の空燃比をフィードバック制御するようになっている。更に、上流側空燃比センサの出力のみに基いて空燃比フィードバック量を算出し、その空燃比フィードバック量により機関の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置も広く知られている。このような空燃比制御装置において使用される空燃比フィードバック量は、全気筒に対して共通する制御量である。【０００３】
ところで、一般に、電子燃料噴射式内燃機関は、各気筒又は各気筒に連通した吸気ポートに少なくとも一つの燃料噴射弁を備えている。従って、ある特定の気筒の燃料噴射弁の特性が「指示された燃料噴射量よりも過大な量の燃料を噴射する特性」となると、その特定の気筒に供給される混合気の空燃比（その特定気筒の空燃比）のみが大きくリッチ側に変化する。即ち、気筒間における空燃比の不均一性（空燃比気筒間ばらつき、空燃比の気筒間インバランス）が大きくなる。換言すると、各気筒に供給される混合気の空燃比である「気筒別空燃比（各気筒の空燃比）」の間に不均衡が生じる。【０００４】
この場合、機関全体に供給される混合気の空燃比の平均は、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比となる。従って、全気筒に対して共通する空燃比フィードバック量により、上記特定の気筒の空燃比は理論空燃比に近づけられるようにリーン側へと変更され、同時に、他の気筒の空燃比は理論空燃比から遠ざけられるようにリーン側へと変更させられる。この結果、機関全体に供給される混合気の空燃比の平均は略理論空燃比に一致させられる。【０００５】
しかしながら、上記特定の気筒の空燃比は依然として理論空燃比よりもリッチ側の空燃比となり、残りの気筒の空燃比は理論空燃比よりもリーン側の空燃比となるから、各気筒における混合気の燃焼状態は完全燃焼とは相違した燃焼状態となる。この結果、各気筒から排出されるエミッションの量（未燃物の量及び窒素酸化物の量）が増大する。このため、機関に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比であったとしても、増大したエミッションを三元触媒が浄化しきれず、結果として、エミッションが悪化する虞がある。【０００６】
従って、気筒間における空燃比の不均一性が過大になっていること（空燃比気筒間インバランス状態が発生していること）を検出し、何らかの対策を講じさせるようにすることはエミッションを悪化させないために重要である。なお、空燃比気筒間インバランスは、特定の気筒の燃料噴射弁の特性が「指示された燃料噴射量よりも過小な量の燃料を噴射する特性」となった場合等にも発生する。【０００７】
このような空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定する従来の装置の一つは、複数の気筒からの排ガスが集合する排気集合部に配設された空燃比センサ（上記上流側空燃比センサ）の出力値（出力信号）の軌跡長を取得し、その軌跡長と「機関回転速度に応じて変化する参照値」とを比較し、その比較結果に基いて空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かを判定するようになっている（例えば、米国特許第７，１５２，５９４号を参照。）。【０００８】
なお、本明細書において、空燃比気筒間インバランス状態（過度の空燃比気筒間インバランス状態）は、気筒別空燃比の間の差が許容値以上となっている状態、換言すると、未燃物及び／又は窒素酸化物が規定値を超えるような空燃比気筒間インバランス状態を意味する。「空燃比気筒間インバランス状態」が発生したか否かの判定は、単に「空燃比気筒間インバランス判定、又は、インバランス判定」とも称呼される。更に、残りの気筒に供給される混合気の空燃比（例えば、略理論空燃比）から乖離した空燃比の混合気が供給されるようになった気筒は「インバランス気筒」とも称呼される。インバランス気筒に供給される混合気の空燃比は「インバランス気筒の空燃比」とも称呼される。残りの気筒（インバランス気筒以外の気筒）は、「正常気筒」又は「非インバランス気筒」とも称呼される。正常気筒に供給される混合気の空燃比は、「正常気筒の空燃比」又は「非インバランス気筒の空燃比」とも称呼される。【０００９】
加えて、上述した空燃比センサの出力値の軌跡長のように、気筒別空燃比の間の差（インバランス気筒の空燃比と正常気筒の空燃比との差）が大きいほどその絶対値が大きくなる（単調増加する）パラメータであって「インバランス判定を実行する際にインバランス判定用閾値と比較されるパラメータ」は「インバランス判定用パラメータ」とも称呼される。このインバランス判定用パラメータは空燃比センサの出力値に基いて取得される。
【発明の概要】
【００１０】
ところで、周知の空燃比センサは、図１に示したように、少なくとも「固体電解質層からなる空燃比検出素子（６７１）、排ガス側電極層（６７２）、大気側電極層（６７３）及び拡散抵抗層（６７４）」を備える。排ガス側電極層は空燃比検出素子の一面に形成されている。排ガス側電極層は拡散抵抗層により覆われている。拡散抵抗層には排気通路内の排ガスが到達するようになっている。大気側電極層は空燃比検出素子の他面に形成されている。大気側電極層は大気が導入される大気室（６７６）に露呈している。
【００１１】
排ガス側電極層と大気側電極層との間には「排ガスの空燃比に応じて変化する限界電流」を発生させるための電圧（Ｖｐ）が印加されている。この電圧は、一般に、大気側電極層の電位が排ガス側電極層の電位よりも高くなるように印加される。
【００１２】
図１の（Ｂ）に示したように、拡散抵抗層を通過して排ガス側電極層に到達した排ガスに過剰な酸素が含まれているとき（即ち、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるとき）、その酸素は前記電圧と固体電解質層の酸素ポンプ特性とにより酸素イオンとして排ガス側電極層から大気側電極層へと導かれる。
【００１３】
これに対し、図１の（Ｃ）に示したように、拡散抵抗層を通過して排ガス側電極層に到達した排ガスに過剰な未燃物が含まれているとき（即ち、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるとき）、大気室内の酸素は固体電解質層の酸素電池特性により酸素イオンとして大気側電極層から排ガス側電極層へと導かれ、排ガス側電極層の未燃物と反応する。
【００１４】
このような酸素イオンの移動量は、拡散抵抗層の存在により、「拡散抵抗層に到達した排ガスの空燃比」に応じた値に制限される。換言すると、酸素イオンの移動により生じる電流は排ガスの空燃比に応じた値（即ち、限界電流Ｉｐ）となる（図２を参照。）。
【００１５】
即ち、空燃比センサは、排ガス側電極層と大気側電極層との間に前記電圧が印加されているとき、限界電流式広域空燃比センサとして機能し、「検出対象の排ガスの空燃比」が大きくなるほど大きくなる「限界電流に応じた出力値Ｖａｂｙｆｓ」を出力する。この出力値Ｖａｂｙｆｓは、予め求められている「出力値Ｖａｂｙｆｓと空燃比との関係（図３の実線Ｃ１を参照。）」に基いて、検出空燃比ａｂｙｆｓに変換される。
【００１６】
一方、インバランス判定用パラメータは、「空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓ又は検出空燃比ａｂｙｆｓ」の軌跡長に限られず、空燃比センサが配設された部位を流れる排ガスの空燃比の変動の状態を反映した値であればよい。以下、この点について説明を加える。
【００１７】
空燃比センサには、各気筒からの排ガスが点火順（従って、排気順）に到達する。空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、各気筒から排出される排ガスの空燃比は互いに略同一である。従って、空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、図４の（Ａ）に示したように、空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓの波形（図４の（Ａ）においては検出空燃比ａｂｙｆｓの波形）は略平坦である。
【００１８】
これに対し、「特定気筒（例えば、第１気筒）の空燃比のみが理論空燃比よりもリッチ側に偏移した空燃比気筒間インバランス状態（特定気筒リッチずれインバランス状態）」が発生している場合、その特定気筒の排ガスの空燃比と、その特定気筒以外の気筒（残りの気筒）の排ガスの空燃比と、は大きく相違する。
【００１９】
従って、例えば図４の（Ｂ）に示したように、特定気筒リッチずれインバランス状態が発生している場合の空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓの波形（図４の（Ｂ）においては検出空燃比ａｂｙｆｓの波形）は、４気筒・４サイクル・エンジンの場合に７２０°クランク角（一つの空燃比センサに到達する排ガスを排出している総ての気筒において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角）毎に大きく変動する。なお、「一つの空燃比センサに到達する排ガスを排出している総ての気筒において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角が経過する期間」は、本明細書において「単位燃焼サイクル期間」とも称呼される。
【００２０】
より具体的に述べると、図４の（Ｂ）に示した例において、検出空燃比ａｂｙｆｓは、第１気筒からの排ガスが空燃比センサの排ガス側電極層に到達したときに理論空燃比よりもリッチ側の値を示し、残りの気筒からの排ガスが排ガス側電極層に到達したときに理論空燃比又は理論空燃比よりも若干だけリーン側の値に収束するように連続的に変化する。残りの気筒からの排ガスが空燃比検出素子に到達したときに検出空燃比ａｂｙｆｓが理論空燃比よりも若干だけリーン側の値に収束するのは、上述した空燃比フィードバック制御に依る。
【００２１】
同様に、「特定気筒（例えば、第１気筒）の空燃比のみが理論空燃比よりもリーン側に偏移した空燃比気筒間インバランス状態（特定気筒リーンずれインバランス状態）」が発生している場合においても、例えば図４の（Ｃ）に示したように、空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓ（図４の（Ｃ）においては検出空燃比ａｂｙｆｓ）は７２０°クランク角毎に大きく変動する。
【００２２】
以上から理解されるように、検出すべき空燃比気筒間インバランス状態が発生すると、空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓ及び検出空燃比ａｂｙｆｓは、単位燃焼サイクル期間を一周期として大きく変動するようになる。更に、インバランス気筒の空燃比が正常気筒の空燃比から乖離するほど、空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓ及び検出空燃比ａｂｙｆｓの振幅は大きくなる。従って、インバランス判定用パラメータは、「空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓ又は検出空燃比ａｂｙｆｓ」のこのような変動の状態を反映した値であればよく、「空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓ又は検出空燃比ａｂｙｆｓ」の軌跡長に限られない。
【００２３】
即ち、インバランス判定用パラメータは、複数の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比である気筒別空燃比の間の差が大きいほどその絶対値が大きくなるパラメータであって空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて取得されるパラメータであればよい。
【００２４】
このようなインバランス判定用パラメータの例は、空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓ又は検出空燃比ａｂｙｆｓの時間についての微分値（空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓ又は検出空燃比ａｂｙｆｓの単位時間あたりの変化量、図４の角度α１〜α５を参照。）に応じて変化する値、空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓ又は検出空燃比ａｂｙｆｓの時間についての二階微分値（空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓ又は検出空燃比ａｂｙｆｓの単位時間あたりの変化量の変化量）に応じて変化する値、及び、空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓ又は検出空燃比ａｂｙｆｓの単位燃焼サイクル期間内の最大値と最小値との差に応じて変化する値、等である。
【００２５】
そして、空燃比気筒間インバランス判定装置は、このインバランス判定用パラメータの絶対値が所定の閾値（インバランス判定用閾値）よりも大きいか否かを判定することにより、空燃比気筒間インバランス状態が発生しているか否かを判定することができる。
【００２６】
しかしながら、本発明者は、例えば、機関が特定の運転状態にて運転されている場合等において空燃比センサの応答性が良好ではない状態が発生し、そのような場合、上記インバランス判定用パラメータが「空燃比気筒間インバランス状態の程度（気筒別空燃比の間の差、インバランス気筒の空燃比と正常気筒の空燃比との差）」を十分な精度にて表さなくなり、その結果、空燃比気筒間インバランス判定を精度良く行えない場合があるとの知見を得た。
【００２７】
具体的に述べると、例えば、単位時間あたりに機関に吸入される空気の量（吸入空気流量）が小さい場合、及び、機関の負荷が小さい場合等において、上記インバランス判定用パラメータの精度は良好ではなくなることがある。以下、この点について説明を加える。
【００２８】
図５は吸入空気流量Ｇａに対する空燃比センサの応答性を示したグラフである。図５における空燃比センサの応答性は、例えば、「空燃比センサの近傍に存在する排ガスの空燃比」を特定時点において「理論空燃比よりもリッチな第１空燃比（例えば１４）」から「理論空燃比よりもリーンな第２空燃比（例えば１５）」へと変更させ、「その特定時点」から「検出空燃比ａｂｙｆｓが第１空燃比と第２空燃比との間の第３空燃比（例えば、１４．６３＝１４＋０．６３・（１５−１４））へと変化する時点」までの時間により表される。この時間は「応答時間ｔ」とも称呼される。従って、応答時間ｔが短いほど空燃比センサの応答性は良好である（空燃比センサの応答性が高くなる）。
【００２９】
図５から理解されるように、空燃比センサの応答性は吸入空気流量Ｇａが大きくなるほど良好になる。この傾向は、空燃比センサの近傍に存在する排ガスの空燃比を第２空燃比から第１空燃比へと変化させた場合にも同様に発生する。同様に、空燃比センサの応答性は、機関の負荷（例えば、一つの吸気行程において一つの気筒に吸入される空気量に応じた値）が大きいほど良好になることも、実験的に確かめられている。
【００３０】
これは、「排ガス側電極層における未燃物と酸素との反応速度」が「吸入空気流量Ｇａ（即ち、空燃比センサに到達する排ガスの流量）が大きいほど大きくなること」、及び／又は、「固体電解質を通過する酸素イオンの向きが逆転するのに要する時間」が「吸入空気流量Ｇａが大きいほど短くなること」等に依ると推定される。
【００３１】
更に、後述するように、空燃比センサが保護カバーを備えている場合、保護カバー内の排ガスの速度は「空燃比センサの保護カバー近傍を流れる排ガスの流速を表す吸入空気流量Ｇａ」が大きいほど大きくなる。従って、「空燃比センサが配設されている部位」における「排ガスの空燃比」に対する「空燃比センサの応答性」は、吸入空気流量Ｇａが大きいほど一層良好になる。
【００３２】
従って、例えば、吸入空気流量Ｇａ又は機関の負荷がある程度大きい場合、空燃比センサの応答性は良好であるので、空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて取得されるインバランス判定用パラメータは「空燃比気筒間インバランス状態の程度」を比較的精度良く表すことができる。
【００３３】
しかしながら、例えば、吸入空気流量Ｇａ又は機関の負荷が小さい場合、空燃比センサの応答性が良好でないので、空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓは排ガスの空燃比の変動に十分に追従できなくなる。従って、出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて取得されるインバランス判定用パラメータは「空燃比気筒間インバランス状態の程度」を精度良く表した値になり難いのである。
【００３４】
加えて、インバランス気筒の空燃比と正常気筒の空燃比との差が比較的小さく、特に、それらの空燃比が理論空燃比に非常に近い場合、空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて取得されるインバランス判定用パラメータは「空燃比気筒間インバランス状態の程度」をより一層「精度良く表し難く」なる。これは、「図３の矢印Ｙｚにて指示した破線の円内における出力値Ｖａｂｙｆｓ」と「空燃比」との関係からも理解されるように、検出しようとする排ガスの空燃比が理論空燃比に極めて近いとき、上述した排ガス側電極層における反応遅れ或いは限界電流の向きの変化に要する遅れ時間等に起因して、実際の空燃比の変化に対する出力値Ｖａｂｙｆｓの変化の比が小さくなるからである。
【００３５】
更に、空燃比センサの応答性は、空燃比検出素子の温度に敏感に変化する。従って、空燃比検出素子の温度が狙いとしている温度よりも僅かに低下すると、空燃比センサの応答性は比較的大きく低下する。このような状況においても、インバランス判定用パラメータは「空燃比気筒間インバランス状態の程度」を「精度良く表し難く」なる。
【００３６】
以上から理解されるように、空燃比センサの出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて取得されるインバランス判定用パラメータを用いて空燃比気筒間インバランス判定を実行すると、検出すべき空燃比気筒間インバランス状態が発生しているにも拘わらず、「空燃比気筒間インバランス状態が発生している。」と判定することができない場合が生じる。
【００３７】
そこで、本発明の目的の一つは、上述した空燃比センサの空燃比検出素子が固体電解質層を含むことを巧みに利用することによって、「空燃比気筒間インバランス状態の程度」を精度良く表すインバランス判定用パラメータを取得し、以って、空燃比気筒間インバランス判定をより精度良く行うことができる「空燃比気筒間インバランス判定装置」を提供することにある。
【００３８】
本発明による空燃比気筒間インバランス判定装置（以下、「本発明の判定装置」とも称呼する。）は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される。
【００３９】
本発明の判定装置は、上述した空燃比センサを備える。この空燃比センサは、「前記複数の気筒のうちの少なくとも２以上の気筒（好ましくは３以上の気筒）」から排出された排ガスが集合する「前記機関の排気通路の排気集合部」に配設される。或いは、この空燃比センサは、前記排気通路であって「前記排気集合部よりも下流側の部位」に配設される。
【００４０】
前記空燃比センサは、固体電解質層と、排ガス側電極層と、拡散抵抗層と、大気側電極層と、を有する空燃比検出素子を備える。排ガス側電極層は固体電解質層の一面に形成される。拡散抵抗層は、排ガス側電極層を覆うよに形成されている。拡散抵抗層には、機関から排出された排ガスが到達する。その排ガスは拡散抵抗層を通過して排ガス側電極層に到達する。大気側電極層は、固体電解質層の他面に、排ガス側電極層と対向するように形成されている。大気側電極層は大気室内に露呈されている。即ち、大気側電極層は大気と接触している。
【００４１】
更に、前記空燃比センサは、前記空燃比検出素子を内部に収容する保護カバーを備えていてもよい。この保護カバーは、「前記排気通路を流れる排ガスを保護カバーの内部に流入させる流入孔」と「保護カバーの内部に流入した排ガスを前記排気通路へと流出させる流出孔」とを有する。
【００４２】
前記空燃比センサは、前述したように、前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に電圧が印加されたとき「周知の限界電流式広域空燃比センサ」として機能し、空燃比検出素子（実際には固体電解質層）に流れる限界電流に応じた値を限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓ（前述した出力値Ｖａｂｙｆｓ）として出力する。この限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓは、図３の実線Ｃ１により示したように、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が大きいほど（リーン側であるほど）大きくなる。
【００４３】
更に、前記空燃比センサは、前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に電圧が印加されていないとき「周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ」として機能し、空燃比検出素子（実際には固体電解質層）が発生する起電力を濃淡電池型出力値ＶＯ２として出力する。
【００４４】
即ち、前記空燃比センサは、固体電解質層を備えているので、前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に電圧が印加されていないとき、酸素濃淡電池として機能し、排ガス側電極層と大気側電極層との酸素濃度（酸素分圧）の差に基いて起電力を発生する。このときの起電力（濃淡電池型出力値ＶＯ２）は、周知なように、ネルンストの式に従い、図３の破線Ｃ２により示したように変化する。
【００４５】
即ち、濃淡電池型出力値ＶＯ２は、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき「最大出力値ｍａｘ（例えば、約０．９Ｖ）」となり、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき「最大出力値ｍａｘよりも小さい最小出力値ｍｉｎ（例えば、約０．１Ｖ）」となり、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比であるとき「最大出力値ｍａｘと最小出力値ｍｉｎの略中間の電圧Ｖｓｔ（中間電圧Ｖｓｔ、例えば、約０．５Ｖ）」となる。この電圧Ｖｓｔは、理論空燃比に対応した値（前記電圧が印加されていない空燃比センサに理論空燃比の排ガスが到達し続けている場合に同空燃比センサが示す値）である。
【００４６】
更に、この濃淡電池型出力値ＶＯ２は、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が「理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比」から「理論空燃比よりも僅かにリーンな空燃比」へと変化する際に最大出力値ｍａｘから最小出力値ｍｉｎへと急変する。同様に、濃淡電池型出力値ＶＯ２は、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が「理論空燃比よりも僅かにリーンな空燃比」から「理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比」へと変化する際に最小出力値ｍｉｎから最大出力値ｍａｘへと急変する。換言すると、検出対象の排ガスの空燃比が理論空燃比近傍の領域において変化する場合、検出対象の排ガスの空燃比が理論空燃比から乖離した領域において変化する場合に比べ、濃淡電池型出力値ＶＯ２は検出対象の排ガスの空燃比の変化に対して極めて大きく変化し、且つ、濃淡電池型出力値ＶＯ２の応答性は検出対象の排ガスの空燃比の変化に対して極めて良好である。
【００４７】
加えて、本発明の判定装置は、複数の燃料噴射弁と、電圧印加手段と、広域フィードバック制御手段と、インバランス判定用パラメータ取得手段と、インバランス判定手段と、を備える。
【００４８】
前記複数の燃料噴射弁のそれぞれは、前記少なくとも２以上の気筒のそれぞれに対応して配設される。各燃料噴射弁は、その２以上の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料をそれぞれ噴射する。即ち、燃料噴射弁は、一つの気筒に対して一つ以上設けられている。各燃料噴射弁は、その燃料噴射弁に対応する気筒に対して燃料を噴射する。
【００４９】
前記電圧印加手段は、指示に応じて、「前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に前記電圧を印加する電圧印加状態」及び「前記電圧の印加を停止する電圧印加停止状態」の何れかの状態を実現する。
【００５０】
前記広域フィードバック制御手段は、前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を送出するとともに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得する。即ち、前記広域フィードバック制御手段は、前記空燃比センサを前記限界電流式広域空燃比センサとして機能させた状態において、その空燃比センサの出力値を取得する。
【００５１】
更に、前記広域フィードバック制御手段は、その取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比（検出空燃比ａｂｙｆｓ）と所定の目標空燃比ａｂｙｆｒとが一致するように、「その限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比とその目標空燃比ａｂｙｆｒとの差」に基いて、「前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量」を調整する制御（即ち、広域フィードバック制御）を実行する。この制御は、例えば、ＰＩ制御（比例・積分制御）及びＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）等である。
【００５２】
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出するとともに、前記濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得する。即ち、前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、前記空燃比センサを前記濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能させた状態において、その空燃比センサの出力値を取得する
【００５３】
更に、前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、その取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて、「前記少なくとも２以上の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比（即ち、気筒別空燃比）の間の差が大きいほどその絶対値が大きくなるインバランス判定用パラメータ」を取得する。この濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて得られるインバランス判定用パラメータは、便宜上、「濃淡電池型パラメータ」とも称呼される。
【００５４】
この場合、前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、「前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得する期間」に亘って前記電圧印加停止状態が連続的に発生するように、前記電圧印加停止状態を実現させる指示を送出してもよい。或いは、前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、「前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得する期間」において、前記電圧印加状態と電圧印加停止状態とが時間的に重複しないように、前記電圧印加停止状態を実現させる指示を間歇的（周期的）に繰り返し送出してもよい。
【００５５】
濃淡電池型パラメータは、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓ（出力値Ｖａｂｙｆｓ）に基いて取得される前述のインバランス判定用パラメータと同様、濃淡電池型出力値ＶＯ２の「時間についての微分値（単位時間あたりの変化量）に応じて変化する値、二階微分値（単位時間あたりの変化量の変化量）に応じて変化する値、及び、軌跡長等」であってよい。即ち、濃淡電池型パラメータは、濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて算出されるパラメータであって、空燃比センサに到達する排ガスの変動の程度が大きいほどその絶対値が大きくなるパラメータであればよい。
【００５６】
前記インバランス判定手段は、前記取得された濃淡電池型パラメータの絶対値が所定の濃淡電池型対応インバランス判定用閾値よりも大きいとき、前記気筒別空燃比の間の差が許容値以上となっている状態（即ち、検出すべき空燃比気筒間インバランス状態）が発生したと判定する。この場合、濃淡電池型パラメータが正の値であるならば、濃淡電池型パラメータと濃淡電池型対応インバランス判定用閾値とを直接比較すればよい。濃淡電池型パラメータが負の値であるならば、濃淡電池型パラメータの絶対値と正の値の濃淡電池型対応インバランス判定用閾値とを比較してもよく、濃淡電池型パラメータと負の値の濃淡電池型対応インバランス判定用閾値とを比較してもよい。即ち、前記インバランス判定手段は、濃淡電池型パラメータの絶対値をとることを必ずしも必要とはしない。
【００５７】
前述したように、濃淡電池型出力値ＶＯ２は、排ガス側電極層に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比近傍の領域において変化する場合、その排ガスの空燃比の変化に対して極めて大きく且つ迅速に変化する（即ち、応答性が良好である）。更に、空燃比気筒間インバランス状態が発生すると、一般に、排ガスの空燃比は理論空燃比を跨ぐように変動する。従って、インバランス気筒の空燃比と正常気筒の空燃比との差（インバランスの程度）が比較的小さい場合であっても、濃淡電池型出力値ＶＯ２は、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに比較して、「排ガスの空燃比のその僅かな変動」に応じて大きく変動する。
【００５８】
この結果、図６の破線Ｃλにより示した「濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて取得される濃淡電池型パラメータ」は、吸入空気流量Ｇａが比較的小さく（例えば、吸入空気流量Ｇａが図５に示したＧａ１であり）且つインバランスの程度が比較的小さい値ＩＭＢ１以下である場合においても、図６の実線ＣＡＦにより示した「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて取得される限界電流型パラメータ」に比較して、空燃比気筒間インバランスの程度が増大するにつれてより大きく増大する。換言すると、濃淡電池型パラメータは、空燃比気筒間インバランス状態の程度を精度良く表す値となる。従って、本発明の判定装置は、検出すべき空燃比気筒間インバランス状態（特に、気筒別空燃比の間の差が顕著ではないが許容値以上となるような状態）が発生したことを精度良く検出（判定）することができる。
【００５９】
ところで、前述したように、「前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得する期間」において、前記電圧印加状態と電圧印加停止状態とが時間的に重複しないように発生させられてもよい。このようにすれば、「インバランス判定用パラメータである濃淡電池型パラメータ」を取得するための濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得しながら、「広域フィードバック制御を実行するための限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓ」を同時並行的（時分割的）に取得することができる。従って、濃淡電池型パラメータを取得しながら、広域フィードバック制御を継続することもできる。
【００６０】
しかしながら、このような態様においては、電圧印加状態と電圧印加停止状態とが頻繁に繰り返される。このため、制御装置の負荷（演算負荷）が過大になる。或いは、電圧印加切替直後（即ち、電圧印加状態から電圧印加停止状態へと変化した直後、及び、電圧印加停止状態から電圧印加状態へと変化した直後）において、「濃淡電池型出力値ＶＯ２及び限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓ」にノイズが重畳することがある。そのため、そのノイズが減衰する時点までこれらの値を取得することができない虞があり、その結果、各種の制御が遅延したり又は回路上の工夫が必要となる虞もある。
【００６１】
そこで、「濃淡電池型出力値ＶＯ２及び濃淡電池型パラメータ」を取得している期間においては、同時にその濃淡電池型出力値ＶＯ２に基く空燃比のフィードバック制御（後述する、濃淡電池型フィードバック制御）を実行することが考えられる。これによれば、電圧印加手段による電圧印加・電圧印加停止の切替頻度を低減させることも可能であり、演算負荷の問題及び／又はノイズによる問題が解決できる。
【００６２】
一方、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓは、排ガスの空燃比が変化するにつれて連続的に徐々に変化する。従って、広域フィードバック制御においては「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比と目標空燃比ａｂｙｆｒとの差」に基くＰＩ制御又はＰＩＤ制御等により、燃料噴射量を精密に制御することができる。即ち、実際の空燃比と理論空燃比との乖離の程度に応じて、機関の空燃比を速やかに理論空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御を実行することができる。
【００６３】
これに対し、濃淡電池型出力値ＶＯ２は、理論空燃比近傍において急変する。従って、濃淡電池型フィードバック制御においては、実際の空燃比と理論空燃比との乖離の程度を知ることはできず、実際の空燃比が理論空燃比よりもリッチであるかリーンであるかのみに基いて空燃比のフィードバック制御がなされる。
【００６４】
以上から明らかなように、広域フィードバック制御の方が濃淡電池型フィードバック制御よりも「機関の空燃比」をより精密に制御することができる。従って、出来る限り「広域フィードバック制御を実行するとともに、濃淡電池型フィードバック制御を実行しないようにすること」はエミッションの観点から有利である。
【００６５】
そこで、本発明の一態様は、濃淡電池型出力値ＶＯ２が取得され得る場合においては濃淡電池型出力値ＶＯ２を用いた空燃比のフィードバック制御（即ち、濃淡電池型フィードバック制御）を行い得るように構成される。更に、この態様は、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓが取得され得る場合において、その限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基くインバランス判定用パラメータ（限界電流型パラメータ）を取得し、それに基いてインバランス判定を実行する。そして、この態様は、空燃比センサが限界電流式広域空燃比センサとして機能している場合において、その応答性が十分に確保できないと判定されるときに、電圧印加停止状態を実現して濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得し、その濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて「濃淡電池型パラメータの取得及び濃淡電池型フィードバック制御」を行う。
【００６６】
より具体的に述べると、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示が送出されているときに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得し、同取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて「前記気筒別空燃比の間の差が大きいほどその絶対値が大きくなるインバランス判定用パラメータ」であって「前記濃淡電池型パラメータとは異なるインバランス判定用パラメータ」、即ち、「限界電流型パラメータ」を取得するように構成される。
【００６７】
前記インバランス判定手段は、
前記取得された限界電流型パラメータの絶対値が所定の限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも大きいとき、前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するように構成される。
【００６８】
加えて、前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記機関の運転状態が「前記限界電流式広域空燃比センサとして機能している場合における前記空燃比センサの応答性が所定閾値以上の応答性を確保することができない（応答性が所定閾値よりも低くなる）」特定運転状態になったとき、（１）前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出する（望ましくは連続的に送出する）ことにより前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成されるとともに、（２）前記取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に対応する目標値Ｖｓｔに一致するように前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御である濃淡電池型フィードバック制御を実行する濃淡電池型フィードバック制御手段を含む。
【００６９】
前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型フィードバック制御が実行されている場合に前記広域フィードバック制御を停止するように構成される。
【００７０】
これによれば、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて得られる限界電流型パラメータにより、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと明らかに判定することができる場合には、「濃淡電池型出力値ＶＯ２」及び「濃淡電池型出力値ＶＯ２に基く濃淡電池型パラメータ」を取得するまでもなく、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと早期に判定することができる。
【００７１】
更に、前記限界電流式広域空燃比センサとして機能している場合における前記空燃比センサの応答性が所定閾値以上の応答性を確保することができない所定の特定運転状態になったとき（即ち、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓが排ガスの空燃比の変動を十分に反映しないと推定される場合）、電圧印加停止状態が実現されるとともに濃淡電池型出力値ＶＯ２が取得され、その濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて「濃淡電池型パラメータの取得及び濃淡電池型フィードバック制御」が実行される。
【００７２】
従って、濃淡電池型パラメータを取得するための濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得している期間、「濃淡電池型出力値ＶＯ２に基くフィードバック制御」により機関に供給される混合気の空燃比が制御されるので、機関の空燃比フィードバック制御を実行しながらも電圧印加停止状態を継続することが可能となる。その結果、制御装置の演算負荷を低減することができ、或いは、制御の遅れが発生することを回避することもできる。
【００７３】
更に、前記特定運転状態になっていない場合には広域フィードバック制御が実行され、前記特定運転状態になったときに濃淡電池型フィードバック制御が実行されるので、濃淡電池型フィードバック制御を実行する頻度を低減することができる。従って、エミッションの悪化を小さくしながら、精度のよい空燃比気筒間インバランス判定を行うことができる。
【００７４】
前記特定運転状態は、より具体的には、前記機関に単位時間あたりに吸入される空気の量である吸入空気流量が所定の閾値空気流量以下となる運転状態、或いは、前記機関の一つの気筒が一回の吸気行程あたりに吸入する空気の量に応じた値である前記機関の負荷（例えば、負荷率又は空気充填率）が所定の閾値負荷以下となる運転状態であると定められることができる。
【００７５】
本発明の判定装置の他の態様において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示が送出されているときに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得し、同取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて前記気筒別空燃比の間の差が大きいほどその絶対値が大きくなるインバランス判定用パラメータであって前記濃淡電池型パラメータとは異なるインバランス判定用パラメータ（即ち、限界電流型パラメータ）を取得するように構成される。
【００７６】
更に、このインバランス判定用パラメータ取得手段は、
「前記取得した限界電流型パラメータの絶対値が所定の限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも小さいとき」、前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出する（望ましくは連続的に送出する）ことにより前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成される。この場合、「前記取得した限界電流型パラメータの絶対値が所定の限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも小さいとき」とは、「前記取得した限界電流型パラメータの絶対値が所定の限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも小さい閾値（高側閾値）よりも更に小さいとき」とすることが好適である。
【００７７】
加えて、このインバランス判定用パラメータ取得手段は、
「前記取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に対応する目標値Ｖｓｔに一致するように、前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御」である濃淡電池型フィードバック制御を実行する濃淡電池型フィードバック制御手段を含む。
【００７８】
この場合、前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型フィードバック制御が実行されている場合に前記広域フィードバック制御を停止するように構成される。
【００７９】
更に、前記インバランス判定手段は、
前記取得された限界電流型パラメータの絶対値が前記限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも大きいとき、前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するように構成される。
【００８０】
即ち、この態様においては、取得した限界電流型パラメータの絶対値が所定の限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも小さいとき、換言すると、限界電流型パラメータに基くインバランス判定によっては空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定されないような場合、電圧印加停止状態が実現され、前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータが取得される。
【００８１】
限界電流型パラメータに基くインバランス判定によって「空燃比気筒間インバランス状態が発生した」と判定されたときには、もはや濃淡電池型パラメータによる空燃比気筒間インバランス判定を実行する必要はない。従って、上記態様によれば、濃淡電池型フィードバック制御を実行する頻度を低減することができる。従って、エミッションの悪化を小さくしながら、精度のよい空燃比気筒間インバランス判定を行うことができる。
【００８２】
更に、濃淡電池型パラメータを取得するための濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得している期間、「濃淡電池型出力値ＶＯ２に基くフィードバック制御」により機関の空燃比が制御されるので、機関の空燃比フィードバック制御を実行しながらも電圧印加停止状態を継続することが可能となる。その結果、制御装置の演算負荷を低減することができ、或いは、制御の遅れが発生することを回避することもできる。
【００８３】
本発明の判定装置の他の態様において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
「前記濃淡電池型パラメータを取得する所定の濃淡電池型パラメータ取得条件」が成立しているとき、前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を周期的に送出し、前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を送出しているときに前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成され、
前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき、「前記電圧印加状態を実現させる指示」が「前記インバランス判定用パラメータ取得手段により送出されている前記電圧印加停止状態を実現させる指示」と時間的に重複しないように、前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を周期的に送出するとともに、前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を送出しているときに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得するように構成される。
【００８４】
この態様によれば、「前記濃淡電池型パラメータを取得する所定の濃淡電池型パラメータ取得条件」が成立しているとき、空燃比センサが「限界電流式広域空燃比センサ及び濃淡電池型の酸素濃度センサ」として時間的に交互に機能させられる。これにより、濃淡電池型出力値ＶＯ２に基く濃淡電池型パラメータを取得し且つ濃淡電池型パラメータに基く空燃比気筒間インバランス判定を実行しながらも、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基く広域フィードバック制御を継続することができる。この態様は、制御装置（実際にはＣＰＵ）の能力が高い場合に適し、エミッションを良好に維持しながら、精度の高い空燃比気筒間インバランス判定を行うことができる。
【００８５】
代替として、本発明の判定装置の他の態様において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記濃淡電池型パラメータを取得する所定の濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を「連続的に」送出するとともに前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成され、更に、
前記取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に対応する目標値Ｖｓｔに一致するように前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御である濃淡電池型フィードバック制御を実行する濃淡電池型フィードバック制御手段を含む。
【００８６】
この場合、前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型フィードバック制御が実行されている場合に前記広域フィードバック制御を停止するように構成される。
【００８７】
これによれば、濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき電圧印加停止状態を継続することができる。従って、制御装置の演算負荷を低減するとともに、精度のよい空燃比気筒間インバランス判定を実行することができる。更に、濃淡電池型パラメータを取得している期間においても、空燃比のフィードバック制御（濃淡電池型フィードバック制御）を実行することができる。
【００８８】
なお、上述の「前記濃淡電池型パラメータを取得する所定の濃淡電池型パラメータ取得条件」は、空燃比気筒間インバランス判定を実行する要求があり、且つ、機関の空燃比が「空燃比気筒間インバランス状態」以外の要因により変動しないような場合に成立する条件であってもよい。更に、この「濃淡電池型パラメータ取得条件」は、上述した「特定運転状態となったときに成立する条件」であってもよく、「前記限界電流型パラメータの絶対値が前記限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも小さいときに成立する条件」であってもよい。
【００８９】
これらの態様において、「前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を送出する」場合、又は、「前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を送出する」場合、空燃比検出素子の温度を推定するための同空燃比検出素子のアドミタンスを取得するように、それらの状態を実現するための指示に「矩形波又は正弦波等の電圧」を重畳させる指示を周期的に重畳させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１の（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の各実施形態に係る空燃比気筒間インバランス判定装置が使用する空燃比センサが備える空燃比検出素子の概略断面図である。
【図２】図２は、排ガスの空燃比と空燃比センサの限界電流値との関係を示したグラフである。
【図３】図３は、排ガスの空燃比と空燃比センサの出力値（限界電流型出力値及び濃淡電池型出力値）との関係を示したグラフである。
【図４】図４は、空燃比センサの出力値に基いて得られる検出空燃比の変化を示すタイムチャートであり、（Ａ）は空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合の検出空燃比、（Ｂ）及び（Ｃ）は空燃比気筒間インバランス状態が発生している場合の検出空燃比を示す。
【図５】図５は、吸入空気流量に対する空燃比センサの応答性を示したグラフである。
【図６】図６は、空燃比気筒間インバランス状態の程度に対するインバランス判定用パラメータを示したグラフである。
【図７】図７は、本発明の各実施形態に係る空燃比気筒間インバランス判定装置が適用される内燃機関の概略構成を示した図である。
【図８】図８は、図７に示した機関の概略平面図である。
【図９】図９は、図７及び図８に示した空燃比センサ（上流側空燃比センサ）の部分概略斜視図（透視図）である。
【図１０】図１０は、図７及び図８に示した空燃比センサの部分断面図である。
【図１１】図１１は、排ガスの空燃比と図７及び図８に示した下流側空燃比センサの出力値との関係を示したグラフである。
【図１２】図１２は、空燃比気筒間インバランス状態が発生した場合と同状態が発生していない場合のインバランス判定用パラメータに関連する各値の挙動を示したタイムチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の第１実施形態に係る空燃比気筒間インバランス判定装置（第１判定装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１４】図１４は、第１判定装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１５】図１５は、第１判定装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１６】図１６は、第１判定装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１７】図１７は、第１判定装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１８】図１８は、本発明の第２実施形態に係る空燃比気筒間インバランス判定装置（第２判定装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１９】図１９は、第２判定装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図２０】図２０は、本発明の第３実施形態に係る空燃比気筒間インバランス判定装置（第３判定装置）の作動を説明するためのタイムチャートである。
【図２１】図２１は、第３判定装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図２２】図２２は、第３判定装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図２３】図２３は、第３判定装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図２４】図２４は、本発明の第３実施形態の変形例に係る空燃比気筒間インバランス判定装置の作動を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００９１】
以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置（以下、単に「判定装置」とも称呼する。）について図面を参照しながら説明する。この判定装置は、内燃機関に供給される混合気の空燃比（機関の空燃比）を制御する空燃比制御装置の一部であり、更に、燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置でもある。
【００９２】
＜第１実施形態＞
（構成）
図７は、第１実施形態に係る判定装置（以下、「第１判定装置」とも称呼する。）を、４サイクル・火花点火式・多気筒（直列４気筒）・内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図７は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００９３】
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０と、を含んでいる。
【００９４】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１の壁面及びピストン２２の上面は、シリンダヘッド部３０の下面とともに燃焼室２５を形成している。
【００９５】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング制御装置３３、可変吸気タイミング制御装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフトを含むとともに同エキゾーストカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変排気タイミング制御装置３６、可変排気タイミング制御装置３６のアクチュエータ３６ａ、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射する燃料噴射弁（燃料噴射手段、燃料供給手段）３９を備えている。
【００９６】
燃料噴射弁３９は、一つの燃焼室２５に対して一つずつ配設されている。燃料噴射弁３９は吸気ポート３１に設けられている。燃料噴射弁３９は、噴射指示信号に応答し、正常である場合に「その噴射指示信号に含まれる指示燃料噴射量の燃料」を対応する吸気ポート３１内に噴射するようになっている。このように、複数の気筒のそれぞれは、他の気筒とは独立して燃料供給を行う燃料噴射弁３９を備えている。
【００９７】
吸気系統４０は、インテークマニホールド４１、吸気管４２、エアフィルタ４３、及び、スロットル弁４４を備えている。インテークマニホールド４１は、複数の枝部４１ａとサージタンク４１ｂとからなる。複数の枝部４１ａのそれぞれの一端は複数の吸気ポート３１のそれぞれに接続されている。複数の枝部４１ａの他端はサージタンク４１ｂに接続されている。吸気管４２の一端はサージタンク４１ｂに接続されている。エアフィルタ４３は吸気管４２の他端に配設されている。スロットル弁４４は、吸気管４２内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするようになっている。スロットル弁４４は、ＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４４ａ（スロットル弁駆動手段の一部）により吸気管４２内で回転駆動されるようになっている。
【００９８】
更に、内燃機関１０は、液体ガソリン燃料を貯留する燃料タンク４５、燃料タンク４５内にて発生した蒸発燃料を吸蔵可能なキャニスタ４６、前記蒸発燃料を含むガスを燃料タンク４５からキャニスタ４６へと導くためのベーパ捕集管４７、キャニスタ４６から脱離した蒸発燃料を「蒸発燃料ガス」としてサージタンク４１ｂへと導くためのパージ流路管４８、及び、パージ流路管４８に配設されたパージ制御弁４９を備えている。燃料タンク４５に貯留された燃料は、燃料ポンプ４５ａ及び燃料供給管４５ｂ等を通して燃料噴射弁３９に供給されるようになっている。ベーパ捕集管４７及びパージ流路管４８は、蒸発燃料ガスを「インテークマニホールド４１の複数の枝部４１ａの集合部（各気筒に共通の吸気通路）へ供給するためのパージ通路（パージ通路部）」を構成している。
【００９９】
パージ制御弁４９は、指示信号であるデューティ比ＤＰＧを表す駆動信号により開度（開弁期間）が調節されることにより、パージ流路管４８の通路断面積を変更するようになっている。パージ制御弁４９は、デューティ比ＤＰＧが「０」であるときにパージ流路管４８を完全に閉じるようになっている。即ち、パージ制御弁４９は、パージ通路に配設されるとともに指示信号に応答して開度が変更されるように構成されている。
【０１００】
キャニスタ４６は周知のチャコールキャニスタである。キャニスタ４６は、ベーパ捕集管４７に接続されたタンクポート４６ａと、パージ流路管４８に接続されたパージポート４６ｂと、大気に曝されている大気ポート４６ｃと、が形成された筐体を備える。キャニスタ４６は、その筐体内に、蒸発燃料を吸着するための吸着剤４６ｄを収納している。
【０１０１】
キャニスタ４６は、パージ制御弁４９が完全に閉じられている期間において燃料タンク４５内で発生した蒸発燃料を吸蔵するようになっている。キャニスタ４６は、パージ制御弁４９が開かれている期間において、吸蔵した蒸発燃料を蒸発燃料ガスとして「パージ流路管４８を通して」サージタンク４１ｂ（スロットル弁４４よりも下流の吸気通路）に放出するようになっている。これにより、蒸発燃料ガスは機関１０の吸気通路を通して各燃焼室２５へ供給される。即ち、パージ制御弁４９が開かれることにより、蒸発燃料ガスパージ（又は、略して、エバポパージ）が行われる。
【０１０２】
排気系統５０は、各気筒の排気ポート３４に一端が接続された複数の枝部を含むエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１の複数の枝部の各他端であって総ての枝部が集合している集合部（エキゾーストマニホールド５１の排気集合部）に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された上流側触媒５３、及び、上流側触媒５３よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設された図示しない下流側触媒を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【０１０３】
上流側触媒５３及び下流側触媒のそれぞれは、所謂、白金等の貴金属からなる活性成分を担持する三元触媒装置（排気浄化触媒）である。各触媒は、各触媒に流入するガスの空燃比が理論空燃比であるとき、ＨＣ，ＣＯ，Ｈ２などの未燃成分を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有する。この機能は触媒機能とも称呼される。更に、各触媒は、酸素を吸蔵（貯蔵）する酸素吸蔵機能を有し、この酸素吸蔵機能により空燃比が理論空燃比から偏移したとしても未燃成分及び窒素酸化物を浄化することができる。この酸素吸蔵機能は、触媒に担持されているセリア（ＣｅＯ２）によってもたらされる。
【０１０４】
更に、機関１０は、排気還流システムを備えている。排気還流システムは、外部ＥＧＲ通路を構成する排気還流管５４、及び、ＥＧＲ弁５５を含んでいる。
【０１０５】
排気還流管５４の一端はエキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されている。排気還流管５４の他端はサージタンク４１ｂに接続されている。
【０１０６】
ＥＧＲ弁５５は排気還流管５４に配設されている。ＥＧＲ弁５５は、ＤＣモータを駆動源として内蔵している。ＥＧＲ弁５５は、そのＤＣモータへの指示信号であるデューティ比ＤＥＧＲに応答して弁開度を変更し、それにより排気還流管５４の通路断面積を変更するようになっている。
【０１０７】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、水温センサ６３、クランクポジションセンサ６４、インテークカムポジションセンサ６５、エキゾーストカムポジションセンサ６６、上流側空燃比センサ６７、下流側空燃比センサ６８、及び、アクセル開度センサ６９を備えている。
【０１０８】
エアフローメータ６１は、吸気管４２内を流れる吸入空気の質量流量（吸入空気流量）Ｇａに応じた信号を出力するようになっている。即ち、吸入空気流量Ｇａは、単位時間あたりに機関１０に吸入される空気量を表す。
スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４４の開度（スロットル弁開度）を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
水温センサ６３は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。
【０１０９】
クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、後述する電気制御装置７０によって機関回転速度ＮＥに変換される。
【０１１０】
インテークカムポジションセンサ６５は、インテークカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。後述する電気制御装置７０は、クランクポジションセンサ６４及びインテークカムポジションセンサ６５からの信号に基いて、基準気筒（例えば第１気筒）の圧縮上死点を基準とした絶対クランク角ＣＡを取得するようになっている。この絶対クランク角ＣＡは、基準気筒の圧縮上死点において「０°クランク角」に設定され、クランク角の回転角度に応じて７２０°クランク角まで増大し、その時点にて再び０°クランク角に設定される。
【０１１１】
エキゾーストカムポジションセンサ６６は、エキゾーストカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。
【０１１２】
上流側空燃比センサ６７は、機関１０の概略図である図８にも示したように、エキゾーストマニホールド５１の集合部（排気集合部ＨＫ）と上流側触媒５３との間の位置において「エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２の何れか（即ち、排気通路）」に配設されている。本明細書及び請求の範囲において、単に「空燃比センサ」というとき、その空燃比センサは上流側空燃比センサ６７を指す。空燃比センサ６７は、例えば、特開平１１−７２４７３号公報、特開２０００−６５７８２号公報及び特開２００４−６９５４７号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
【０１１３】
空燃比センサ６７は、図９及び図１０に示したように、空燃比検出素子６７ａと、外側保護カバー６７ｂと、内側保護カバー６７ｃと、を有している。
【０１１４】
外側保護カバー６７ｂは金属からなる中空円筒体である。外側保護カバー６７ｂは内側保護カバー６７ｃを覆うように、内側保護カバー６７ｃを内部に収容している。外側保護カバー６７ｂは、流入孔６７ｂ１をその側面に複数備えている。流入孔６７ｂ１は、排気通路を流れる排ガス（外側保護カバー６７ｂの外部の排ガス）ＥＸを外側保護カバー６７ｂの内部に流入させるための貫通孔である。更に、外側保護カバー６７ｂは、外側保護カバー６７ｂの内部の排ガスを外部（排気通路）に流出させるための流出孔６７ｂ２をその底面に有している。
【０１１５】
内側保護カバー６７ｃは、金属からなり、外側保護カバー６７ｂの直径よりも小さい直径を有する中空円筒体である。内側保護カバー６７ｃは、空燃比検出素子６７ａを覆うように空燃比検出素子６７ａを内部に収容している。内側保護カバー６７ｃは流入孔６７ｃ１をその側面に複数備えている。この流入孔６７ｃ１は、外側保護カバー６７ｂの流入孔６７ｂ１を通して「外側保護カバー６７ｂと内側保護カバー６７ｃとの間の空間」に流入した排ガスを、内側保護カバー６７ｃの内部に流入させるため貫通孔である。更に、内側保護カバー６７ｃは、内側保護カバー６７ｃの内部の排ガスを外部に流出させるための流出孔６７ｃ２をその底面に有している。
【０１１６】
空燃比センサ６７は、保護カバー（６７ｂ、６７ｃ）の底面が排ガスＥＸの流れと平行であり、保護カバー（６７ｂ、６７ｃ）の中心軸線ＣＣが排ガスＥＸの流れと直交するように排気通路内に配設される。これにより、外側保護カバー６７ｂの流入孔６７ｂ１に到達した排気通路内の排ガスＥＸは、外側保護カバー６７ｂの流出孔６７ｂ２近傍を流れる排気通路内の排ガスＥＸの流れにより、外側保護カバー６７ｂ及び内側保護カバー６７ｃの内部へと吸い込まれる。
【０１１７】
従って、排気通路を流れる排ガスＥＸは、図９及び図１０において矢印Ａｒ１により示したように外側の保護カバー６７ｂの流入孔６７ｂ１を通って外側の保護カバー６７ｂと内側の保護カバー６７ｃとの間に流入する。次いで、その排ガスは、矢印Ａｒ２に示したように「内側の保護カバー６７ｃの流入孔６７ｃ１」を通って「内側の保護カバー６７ｃの内部」に流入した後に、空燃比検出素子６７ａに到達する。その後、その排ガスは、矢印Ａｒ３に示したように「内側の保護カバー６７ｃの流出孔６７ｃ２及び外側の保護カバー６７ｂの流出孔６７ｂ２」を通って排気通路に流出する。
【０１１８】
このため、「外側保護カバー６７ｂ及び内側保護カバー６７ｃ」の内部における排ガスの流速は、外側保護カバー６７ｂの流出孔６７ｂ２近傍を流れる排ガスＥＸの流速（従って、単位時間あたりの吸入空気量である吸入空気流量Ｇａ）に応じて変化する。
【０１１９】
換言すると、「ある時点にて流入孔６７ｂ１に到達した排ガス」は、その時点よりも遅れて空燃比検出素子６７ａに到達する。この排ガスの到達遅れ時間は、排ガスＥＸの流速を表す吸入空気流量Ｇａが小さいほど長くなる。
【０１２０】
空燃比検出素子６７ａは、図１の（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、固体電解質層６７１と、排ガス側電極層６７２と、大気側電極層６７３と、拡散抵抗層６７４と、隔壁部６７５と、を含んでいる。
【０１２１】
固体電解質層６７１は酸素イオン導電性酸化物焼結体である。本例において、固体電解質層６７１は、ＺｒＯ２（ジルコニア）にＣａＯを安定剤として固溶させた「安定化ジルコニア素子」である。固体電解質層６７１は、その温度が活性温度以上であるとき、周知の「酸素電池特性」及び「酸素ポンプ特性」を発揮する。
【０１２２】
排ガス側電極層６７２は、白金（Ｐｔ）等の触媒活性の高い貴金属からなる。排ガス側電極層６７２は、固体電解質層６７１の一つの面上に形成されている。排ガス側電極層６７２は、化学メッキ等により浸透性を十分に有するように（即ち、多孔質状に）形成されている。排ガス側電極層６７２は、排ガス側電極層６７２に到達した排ガスに含まれる未燃物と酸素とを反応させ、平衡後ガスを生成する。
【０１２３】
大気側電極層６７３は、白金（Ｐｔ）等の触媒活性の高い貴金属からなる。大気側電極層６７３は、固体電解質層６７１の他の面上であって、固体電解質層６７１を挟んで排ガス側電極層６７２に対向するように形成されている。大気側電極層６７３は、化学メッキ等により浸透性を十分に有するように（即ち、多孔質状に）形成されている。
【０１２４】
拡散抵抗層（拡散律速層）６７４は、多孔質セラミック（耐熱性無機物質）からなる。拡散抵抗層６７４は、排ガス側電極層６７２の外側表面を覆うように、例えば、プラズマ溶射法等により形成されている。
【０１２５】
隔壁部６７５は、緻密であってガスを透過させないアルミナセラミックスからなる。隔壁部６７５は大気側電極層６７３を収容する空間である「大気室６７６」を形成するように構成されている。大気室６７６には大気が導入されている。
【０１２６】
空燃比センサ６７の「排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間」には、切替スイッチ（電圧印加切替手段）６７８を介して電源６７７が接続されている。電源６７７は、大気側電極層６７３側が高電位となり、排ガス側電極層６７２が低電位となるように、電圧Ｖ（＝Ｖｐ）を印加する。切替スイッチ６７８は、図７に示した電気制御装置７０からの指示に応答して開閉するようになっている。
【０１２７】
即ち、電源６７７及び切替スイッチ６７８は、指示に応じて「排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３」との間に、「電圧Ｖｐを印加する電圧印加状態」か又は「電圧Ｖｐの印加を停止する電圧印加停止状態」か、の何れかの状態を実現する電圧印加手段を構成している。
【０１２８】
このような構造を有する空燃比センサ６７は、切替スイッチ６７８が閉じられて電圧印加状態にあるとき、限界電流式広域空燃比センサとして機能し、空燃比検出素子６７ａ（固体電解質層６７１）を流れる限界電流に応じた値を出力するようになっている。
【０１２９】
より具体的に説明すると、図１の（Ｂ）に示したように、空燃比検出素子６７ａは、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比であるとき、「拡散抵抗層６７４を通って排ガス側電極層６７２に到達した排ガス」の中に含まれる過剰な酸素（平衡後ガス中の酸素）をイオン化して大気側電極層６７３へと通過させる。この結果、電源６７７の正極から固体電解質層６７１を介して電源６７７の負極へと電流Ｉが流れる。この電流Ｉの大きさは、図２に示したように、電圧Ｖを所定値Ｖｐ以上に設定すると、排ガス側電極層６７２に到達した排ガス中の過剰な酸素の濃度（平衡後ガスの酸素分圧、即ち排ガスの空燃比）に比例した一定値となる。空燃比センサ６７は、この電流（即ち、限界電流Ｉｐ）を電圧に変換した値を出力値Ｖａｂｙｆｓとして出力する。
【０１３０】
これに対し、図１の（Ｃ）に示したように、空燃比検出素子６７ａは、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であるとき、大気室６７６に存在する酸素をイオン化して排ガス側電極層６７２へと導き、拡散抵抗層６７４を通って排ガス側電極層６７２に到達した排ガスに含まれる過剰な未燃物（平衡後ガス中のＨＣ，ＣＯ及びＨ２等）を酸化する。この結果、電源６７７の負極から固体電解質層６７１を介して電源６７７の正極へと電流Ｉが流れる。この電流Ｉの大きさも、図２に示したように、電圧Ｖを所定値Ｖｐに設定すると、排ガス側電極層６７２に到達した過剰な未燃物の濃度（即ち、排ガスの空燃比）に比例した一定値となる。空燃比センサ６７は、この電流（即ち、限界電流Ｉｐ）を電圧に変換した値を出力値Ｖａｂｙｆｓとして出力する。
【０１３１】
従って、空燃比検出素子６７ａは、図３の実線Ｃ１（空燃比変換テーブルＭａｐａｂｙｆｓ）により示したように、空燃比センサ６７の配設位置を流れ、且つ、外側保護カバー６７ｂの流入孔６７ｂ１及び内側保護カバー６７ｃの流入孔６７ｃ１を通って空燃比検出素子６７ａに到達しているガスの空燃比に応じた出力値Ｖａｂｙｆｓを「空燃比センサ出力」として出力する。この出力値Ｖａｂｙｆｓは、便宜上、「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓ」と称呼される。
【０１３２】
限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓは、空燃比検出素子６７ａに到達しているガスの空燃比が大きくなるほど（リーンとなるほど）増大する。換言すると、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓは、空燃比検出素子６７ａに到達している排ガスの空燃比に実質的に比例する。限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓは、空燃比検出素子６７ａに到達しているガスの空燃比が理論空燃比であるとき、理論空燃比相当値Ｖｓｔｏｉｃｈに一致する。
【０１３３】
単位空燃比変化量あたりの限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの変化量は、図４の矢印Ｙｚにて指示した破線の円内に示したように、空燃比検出素子６７ａに到達しているガスの空燃比が理論空燃比近傍の空燃比であるとき、空燃比検出素子６７ａに到達しているガスの空燃比が理論空燃比から乖離した空燃比であるときに比べ、小さくなる。これは、空燃比検出素子６７ａに到達しているガスの空燃比が理論空燃比近傍の空燃比であるとき、固体電解質層中での酸素イオンの流れる向きが切り換わる遷移状態にあるためであると推定される。
【０１３４】
電気制御装置７０は、図３に実線Ｃ１により示した空燃比変換テーブルＭａｐａｂｙｆｓを記憶していて、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを空燃比変換テーブルＭａｐａｂｙｆｓに適用することにより、実際の上流側空燃比ａｂｙｆｓ（限界電流型検出空燃比ａｂｙｆｓ）を取得する。
【０１３５】
更に、空燃比センサ６７は、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間に電圧Ｖ（＝Ｖｐ）が印加されていないとき「周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ（起電力式Ｏ２センサ）」として機能し、空燃比検出素子６７ａ（実際には固体電解質層６７１）が発生する起電力を濃淡電池型出力値ＶＯ２として出力する。
【０１３６】
即ち、空燃比センサ６７は、固体電解質層６７１を備えているので、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間に電圧Ｖ（＝Ｖｐ）が印加されていないとき、排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との酸素濃度（酸素分圧）の差に基いて起電力を発生し、その起電力に応じた電圧を「濃淡電池型出力値ＶＯ２」として出力する。この濃淡電池型出力値ＶＯ２は、周知なように、ネルンストの式に従い、図３の破線Ｃ２により示したように変化する。
【０１３７】
より具体的に述べると、濃淡電池型出力値ＶＯ２は、排ガス側電極層６７２に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき「最大出力値ｍａｘ（例えば、約０．９Ｖ）」となり、排ガス側電極層６７２に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき「最大出力値ｍａｘよりも小さい最小出力値ｍｉｎ（例えば、約０．１Ｖ）」となり、排ガス側電極層６７２に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比であるとき「最大出力値ｍａｘと最小出力値ｍｉｎの略中間の電圧Ｖｓｔ（中間電圧Ｖｓｔ、例えば、約０．５Ｖ）」となる。この電圧Ｖｓｔは、理論空燃比に対応した値（電圧Ｖが印加されていない空燃比センサ６７に理論空燃比の排ガスが到達し続けている場合に空燃比センサ６７が示す値）である。
【０１３８】
更に、この濃淡電池型出力値ＶＯ２は、排ガス側電極層６７２に到達した排ガスの空燃比が「理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比」から「理論空燃比よりも僅かにリーンな空燃比」へと変化する際に最大出力値ｍａｘから最小出力値ｍｉｎへと急変する。同様に、濃淡電池型出力値ＶＯ２は、排ガス側電極層６７２に到達した排ガスの空燃比が「理論空燃比よりも僅かにリーンな空燃比」から「理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比」へと変化する際に最小出力値ｍｉｎから最大出力値ｍａｘへと急変する。
【０１３９】
このように、濃淡電池型出力値ＶＯ２は、排ガス側電極層６７２に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比近傍の領域において変化する場合、排ガス側電極層６７２に到達した排ガスの空燃比が理論空燃比から乖離した領域において変化する場合に比べ、排ガスの空燃比の変化に対して極めて大きく且つ応答性良く変化する。
【０１４０】
再び、図７を参照すると、下流側空燃比センサ６８は、エキゾーストパイプ５２であって上流側触媒５３よりも下流側であり且つ図示しない下流側触媒よりも上流側（即ち、上流側触媒５３と下流側触媒との間の排気通路）に配設されている。下流側空燃比センサ６８は、上述した濃淡電池型の酸素濃度センサである。下流側空燃比センサ６８は、排気通路であって下流側空燃比センサ６８が配設されている部位を流れるガスである被検出ガスの空燃比（即ち、上流側触媒５３から流出し且つ下流側触媒に流入するガスの空燃比、従って、機関に供給される混合気の空燃比の時間的平均値）に応じた出力値Ｖｏｘｓを発生するようになっている。この出力値Ｖｏｘｓは、図１１に示したように、前述した濃淡電池型出力値ＶＯ２と同様に変化する。
【０１４１】
図７に示したアクセル開度センサ６９は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量Ａｃｃｐ（アクセルペダル操作量Ａｃｃｐ）を表す信号を出力するようになっている。アクセルペダル操作量Ａｃｃｐは、アクセルペダル８１の開度（アクセルペダル操作量）が大きくなるとともに大きくなる。
【０１４２】
電気制御装置７０は、互いにバスで接続された「ＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するプログラム、テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、及び、バックアップＲＡＭ７４並びにＡＤコンバータを含むインターフェース７５等」からなる周知のマイクロコンピュータである。
【０１４３】
バックアップＲＡＭ７４は、機関１０を搭載した車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチの位置（オフ位置、始動位置及びオン位置等の何れか）に関わらず、車両に搭載されたバッテリから電力の供給を受けるようになっている。バックアップＲＡＭ７４は、バッテリから電力の供給を受けている場合、ＣＰＵ７１の指示に応じてデータを格納する（データが書き込まれる）とともに、そのデータを読み出し可能となるように保持（記憶）する。
【０１４４】
インターフェース７５は、センサ６１〜６９と接続され、ＣＰＵ７１にそれらのセンサからの信号を供給するようになっている。更に、インターフェース７５は、ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング制御装置３３のアクチュエータ３３ａ、可変排気タイミング制御装置３６のアクチュエータ３６ａ、各気筒のイグナイタ３８、各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁３９、スロットル弁アクチュエータ４４ａ、パージ制御弁４９、ＥＧＲ弁５５及び切替スイッチ６７８等に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
【０１４５】
なお、電気制御装置７０は、取得されたアクセルペダルの操作量Ａｃｃｐが大きくなるほどスロットル弁開度ＴＡが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータ４４ａに指示信号を送出するようになっている。即ち、電気制御装置７０は、運転者により変更される機関１０の加速操作量（アクセルペダル操作量Ａｃｃｐ）に応じて「機関１０の吸気通路に配設されたスロットル弁４４」の開度を変更するスロットル弁駆動手段を備えている。
【０１４６】
（空燃比気筒間インバランス判定の原理）
次に、第１判定装置及び他の実施形態に係る判定装置（以下、「第１判定装置等」とも称呼する。）が採用した「空燃比気筒間インバランス判定」の原理について説明する。第１判定装置等は、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさが「エミッション上許容できない程度」以上となっているか否か（気筒別空燃比の間に許容できない不均衡が生じているか否か、従って、空燃比気筒間インバランス状態が生じているか否か）を、空燃比センサ６７の出力値に基いて算出されるインバランス判定用パラメータを用いて判定する。
【０１４７】
第１判定装置等は、機関１０の運転状態等に応じて切替スイッチ６７８に指示信号を送出し、「排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間」に「電圧Ｖｐを印加する電圧印加状態、及び、電圧Ｖｐの印加を停止する電圧印加停止状態」の何れかの状態を実現する。即ち、第１判定装置等は、空燃比センサ６７を、ある時点において限界電流式広域空燃比センサとして機能させ、別の時点において濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能させる。
【０１４８】
そして、第１判定装置等は、電圧印加状態にある空燃比センサ６７の出力値を限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓとして取得するとともに、その限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて「インバランス判定用パラメータである限界電流型パラメータ」を取得する。更に、第１判定装置等は、電圧印加停止状態にある空燃比センサ６７の出力値を濃淡電池型出力値ＶＯ２として取得するとともに、その濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて「インバランス判定用パラメータである濃淡電池型パラメータ」を取得する。なお、第１判定装置等は、限界電流型パラメータを取得することなく、濃淡電池型パラメータのみに基くインバランス判定を行ってもよい。
【０１４９】
更に、第１判定装置等は、限界電流型パラメータが得られたとき、その限界電流型パラメータ（限界電流型パラメータの絶対値）が限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも大きいとき、「空燃比気筒間インバランス状態が発生した」と判定する。
【０１５０】
加えて、第１判定装置等は、濃淡電池型パラメータが得られたとき、その濃淡電池型パラメータ（濃淡電池型パラメータの絶対値）が濃淡電池型対応インバランス判定用閾値よりも大きいとき、「空燃比気筒間インバランス状態が発生した」と判定する。
【０１５１】
限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓから限界電流型パラメータを求める際に使用される手法と、濃淡電池型出力値ＶＯ２から濃淡電池型パラメータを求める際に使用される手法と、は同様である。従って、以下、限界電流型パラメータの算出手法について説明を加える。
【０１５２】
第１判定装置等は、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの「単位時間（一定のサンプリング時間ｔｓ）当たりの変化量」を取得する。この「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの単位時間当たりの変化量」は、その単位時間が例えば４ｍ秒程度の極めて短い時間であるとき、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの時間微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔであると言うこともできる。従って、以下、「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの単位時間あたりの変化量」を、単に「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔ、又は、微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔ」とも称呼する。
【０１５３】
空燃比センサ６７には、各気筒からの排ガスが点火順（故に、排気順）に到達する。空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、各気筒から排出され且つ空燃比センサ６７に到達する排ガスの空燃比は互いに略同一である。従って、空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合の限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓは、例えば、図１２の（Ｂ）において破線Ｃ１により示したように変化する。即ち、空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの波形は略平坦である。このため、図１２の（Ｃ）に示した破線Ｃ３からも理解できるように、空燃比気筒間インバランス状態が発生していない場合、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔの絶対値は小さい。
【０１５４】
一方、「特定気筒（例えば、第１気筒）に対して燃料を噴射する燃料噴射弁３９」の特性が「指示燃料噴射量よりも多い燃料を噴射する特性」となり、その特定気筒の空燃比のみが理論空燃比よりもリッチ側に大きく偏移した空燃比気筒間インバランス状態（特定気筒リッチずれインバランス状態）」が発生している場合、その特定気筒の排ガスの空燃比（インバランス気筒の空燃比）と、その特定気筒以外の気筒の排ガスの空燃比（非インバランス気筒の空燃比）と、は大きく相違する。
【０１５５】
従って、特定気筒リッチずれインバランス状態が発生している場合の限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓは、例えば図１２の（Ｂ）の実線Ｃ２により示したように、４気筒・４サイクル・エンジンの場合に７２０°クランク角（一つの空燃比センサ６７に到達する排ガスを排出している総ての気筒である第１〜第４気筒において各一回の燃焼行程が終了するのに要するクランク角）毎に大きく変動する。このため、図１２の（Ｃ）に示した実線Ｃ４からも理解されるように、特定気筒リッチずれインバランス状態が発生している場合、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔの絶対値は大きくなる。
【０１５６】
しかも、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓは、インバランス気筒の空燃比が非インバランス気筒の空燃比から乖離するほど大きく変動する。例えば、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさが第１の値であるときの限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓが図１２（Ｂ）の実線Ｃ２のように変化するとすれば、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさが「第１の値の値よりも大きい第２の値」であるときの限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓは図１２（Ｂ）の一点鎖線Ｃ２ａのように変化する。従って、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔの絶対値は、インバランス気筒の空燃比が非インバランス気筒の空燃比から乖離するほど大きくなる。
【０１５７】
そこで、第１判定装置等は、「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの微分値（又は、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを図３に実線Ｃ１により示した空燃比変換テーブルＭａｐａｂｙｆｓに適用することにより得られる限界電流型検出空燃比ａｂｙｆｓの微分値ｄ（ａｂｙｆｓ）／ｄｔ）」に応じて変化する空燃比変動指標量ＡＦＤを取得する。空燃比変動指標量ＡＦＤは、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓ又は限界電流型検出空燃比ａｂｙｆｓが大きく変動するほど、その絶対値が大きくなる値である。空燃比変動指標量ＡＦＤは、例えば、以下の何れかの値であってもよいが、これらに限定されない。
【０１５８】
（Ａ）サンプリング時間ｔｓが経過する毎に得られる限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔそのもの。
（Ｂ）サンプリング時間ｔｓが経過する毎に得られる微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔの絶対値。
【０１５９】
（Ｃ）単位燃焼サイクル期間において、サンプリング時間ｔｓが経過する毎に得られる複数の微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔの絶対値の平均値、又は、その平均値を複数の単位燃焼サイクル期間に亘って平均化した値。
（Ｄ）単位燃焼サイクル期間において、サンプリング時間ｔｓが経過する毎に得られる複数の微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔのうち正の値を有する複数の微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔの平均値ＡＰｄ、又は、その平均値ＡＰｄを複数の単位燃焼サイクル期間に亘って平均化した値ＡｖＡＰｄ。
（Ｅ）単位燃焼サイクル期間において、サンプリング時間ｔｓが経過する毎に得られる複数の微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔのうち負の値を有する複数の微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔの絶対値の平均値ＡＭｄ又は、その平均値ＡＭｄを複数の単位燃焼サイクル期間に亘って平均化した値ＡｖＡＭｄ。
（Ｆ）平均値ＡＰｄと平均値ＡＭｄとのうちの何れか大きい方。
（Ｇ）値ＡｖＡＰｄと値ＡｖＡＭｄとのうちの何れか大きい方。
（Ｈ）単位燃焼サイクル期間において、サンプリング時間ｔｓが経過する毎に得られる複数の微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔのうち負の値を有する複数の微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔの平均値ＡＭｄｉ又は、その平均値ＡＭｄｉを複数の単位燃焼サイクル期間に亘って平均化した値ＡｖＡＭｄｉ。
【０１６０】
これらの空燃比変動指標量ＡＦＤは、「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔ」又は「限界電流型検出空燃比ａｂｙｆｓの微分値ｄ（ａｂｙｆｓ）／ｄｔ」に基くので、「限界電流型パラメータ」又は「空燃比変化率指示量ΔＡＦ」とも称呼される。なお、上記の（Ａ）〜（Ｈ）の微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔを、濃淡電池型出力値ＶＯ２の微分値ｄＶＯ２／ｄｔに置換すれば、濃淡電池型出力値ＶＯ２に基く空燃比変動指標量ＡＦＤが得られる。
【０１６１】
そして、第１判定装置等は、空燃比変動指標量ＡＦＤ（この場合、限界電流型パラメータ）の絶対値とインバランス判定用閾値（この場合、限界電流型対応インバランス判定用閾値）とを比較することにより、空燃比気筒間インバランス判定を実行する。具体的には、空燃比変動指標量ＡＦＤの絶対値がインバランス判定用閾値よりも大きいとき、「空燃比気筒間インバランス状態が発生した」と判定する。なお、空燃比変動指標量ＡＦＤが、正の値となるパラメータであって且つ排ガスの空燃比の変動が大きいほど（空燃比気筒間インバランスの程度が大きいほど）大きくなるパラメータであれば、空燃比変動指標量ＡＦＤの絶対値をとることなく、空燃比変動指標量ＡＦＤとインバランス判定用閾値とを直接比較してもよい。
【０１６２】
ところで、空燃比センサ６７が限界電流式広域空燃比センサとして使用される際、その応答性は「機関の吸入空気流量Ｇａ及び／又は機関の負荷が小さいほど」低くなる（悪化する）。
【０１６３】
図５は吸入空気流量Ｇａに対する「限界電流式広域空燃比センサ（電圧印加状態にある空燃比センサ６７）」の応答性を示したグラフである。図５における応答性は、例えば、「電圧印加状態にある空燃比センサ６７の近傍に存在する排ガスの空燃比」を特定時点において「理論空燃比よりもリッチな第１空燃比（例えば１４）」から「理論空燃比よりもリーンな第２空燃比（例えば１５）」へと変更させ、「その特定時点」から「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される限界電流型検出空燃比ａｂｙｆｓが第１空燃比と第２空燃比との間の第３空燃比（例えば、１４．６３、第１空燃比に第１空燃比と第２空燃比の差の６３％相当の空燃比を加えた空燃比）へと変化する時点」までの時間ｔにより表される。この時間は「応答時間ｔ」とも称呼される。従って、応答時間ｔが短いほど空燃比センサ６７の応答性は良好である（空燃比センサ６７の応答性が高くなる）。
【０１６４】
図５から理解されるように、電圧印加状態にある空燃比センサ６７の応答性（即ち、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの応答性）は、吸入空気流量Ｇａが大きくなるほど良好になる。この傾向は、空燃比センサ６７の近傍に存在する排ガスの空燃比を上記第２空燃比から上記第１空燃比へと変化させた場合にも同様に発生する。同様に、電圧印加状態にある空燃比センサ６７の応答性は、機関の負荷（一つの吸気行程において一つの気筒に吸入される空気量に応じた値）が大きいほど良好になることも、実験的に確かめられている。
【０１６５】
これは、「排ガスの拡散抵抗層６７４における拡散速度」や「排ガス側電極層６７２における未燃物と酸素との反応速度」等が「吸入空気流量Ｇａ（即ち、空燃比検出素子６７ａに到達する排ガスの流量）が大きいほど大きくなること」、及び／又は、「固体電解質を通過する酸素イオンの向きが逆転するのに要する時間」が「吸入空気流量Ｇａが大きいほど短くなること」等に依ると推定される。
【０１６６】
加えて、前述したように、空燃比センサ６７は保護カバー（６７ｂ、６７ｃ）を備えているので、外側保護カバー６７ｂの流入孔６７ｂ１に到達した排ガスは「吸入空気流量Ｇａが小さいほど長くなる時間」だけ遅れて空燃比検出素子６７ａの拡散抵抗層６７４に到達する。この「ガスの到達遅れ」は、空燃比センサ６７が限界電流式広域空燃比センサ及び濃淡電池型の酸素濃度センサの何れで機能していても存在する遅れである。但し、このガスの到達遅れは、吸入空気流量Ｇａが小さいほど長くなるので、「吸入空気流量Ｇａが小さいほど応答性が悪化する限界電流式広域空燃比センサ（空燃比センサ６７）」の応答性を一層悪化させる要因にもなる。
【０１６７】
このように、機関１０が特定の運転状態にて運転されている場合等において、「限界電流式広域空燃比センサとして機能している空燃比センサ６７」の応答性が低下する状況が発生すると、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓが排ガスの空燃比の変動に十分に追従できない。従って、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて得られる限界電流型パラメータは、空燃比気筒間インバランスの程度（インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差）を十分に精度良く表さなくなる。このことは、特に、空燃比気筒間インバランスの程度が比較的小さい場合、更には、排ガスの空燃比が理論空燃比に極めて近い領域において変動している場合、本来は空燃比気筒間インバランス状態が発生していると判定すべきてあるにも拘わらず「空燃比気筒間インバランス状態が発生していない」と判定する事態を招く要因ともなる。
【０１６８】
一方、前述したように、空燃比センサ６７が濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能している際の濃淡電池型出力値ＶＯ２は、ガスの空燃比が理論空燃比近傍の領域において変化する場合、その空燃比の変化に対して迅速且つ大きく変化する。
【０１６９】
そこで、第１判定装置等は、空燃比センサ６７に対する電圧Ｖの印加を「連続的又は間歇的」に停止することにより、空燃比センサ６７を濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能させ、そのときの空燃比センサ６７の出力値を濃淡電池型出力値ＶＯ２として取得する。
【０１７０】
更に、第１判定装置等は、その濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて、限界電流型パラメータと同様の「濃淡電池型パラメータ」を取得する。即ち、第１判定装置等は、「濃淡電池型出力値ＶＯ２の微分値ｄＶＯ２／ｄｔ」に応じて変化する空燃比変動指標量ＡＦＤを取得する。この空燃比変動指標量ＡＦＤは、例えば、上記（Ａ）〜（Ｈ）等に示した「微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔ」を「濃淡電池型出力値ＶＯ２の微分値ｄＶＯ２／ｄｔ」に置換することにより得られる値とすることができる。
【０１７１】
このようにして得られる濃淡電池型パラメータは、吸入空気流量Ｇａが小さい場合であっても（例えば、図５のＧａ１程度）、空燃比気筒間インバランスの程度に対して図６の破線Ｃλにより示したように変化する。これに対し、限界電流型パラメータは、空燃比気筒間インバランスの程度に対して図６のＣＡＦに示したように変化する。この図６からも明らかなように、濃淡電池型パラメータは限界電流型パラメータに比較して空燃比気筒間インバランス状態の程度を精度良く表す値となる。
【０１７２】
そして、第１判定装置等は、「インバランス判定用パラメータとしての濃淡電池型パラメータの絶対値」と「インバランス判定用閾値としての濃淡電池型対応インバランス判定用閾値」とを比較することにより、空燃比気筒間インバランス判定を実行する。具体的には、濃淡電池型パラメータの絶対値が濃淡電池型インバランス判定用閾値よりも大きいとき、「空燃比気筒間インバランス状態が発生した」と判定する。なお、この場合においても、濃淡電池型パラメータが、正の値となるパラメータであって且つ空燃比の変動が大きいほど（空燃比気筒間インバランスの程度が大きいほど）大きくなるパラメータであれば、濃淡電池型パラメータの絶対値をとることなく、濃淡電池型パラメータと濃淡電池型対応インバランス判定用閾値とを直接比較してもよい。
【０１７３】
以上により、第１判定装置等は、限界電流式広域空燃比センサとして機能している空燃比センサ６７の応答性に拘わらず、空燃比気筒間インバランスの程度を精度良く表す「濃淡電池型パラメータ」に基いてインバランス判定を実行することができる。従って、第１判定装置等は、より精度良くインバランス判定を実行することができる。
【０１７４】
更に、第１判定装置等は、インバランス判定用パラメータを取得する必要がない期間において、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基く広域フィードバック制御を実行する。広域フィードバック制御によれば、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓが排ガスの空燃比に略比例して変化することから、排ガスの空燃比と目標空燃比（殆どの場合は理論空燃比）との差の大きさに基いて機関の空燃比をフィードバック制御することができる。従って、広域フィードバック制御は、濃淡電池型出力値ＶＯ２を用いた空燃比制御である濃淡電池型フィードバック制御に比較して、機関の空燃比をより精密に制御することができる。この結果、第１判定装置等はエミッションを良好な値に維持することができる。
【０１７５】
（実際の作動）
次に、第１判定装置の実際の作動について説明する。第１判定装置は、限界電流型パラメータを取得することなく、濃淡電池型パラメータのみを取得し、その濃淡電池型パラメータに基くインバランス判定を実行する。更に、第１判定装置は、濃淡電池型パラメータを取得する期間においては「濃淡電池型出力値ＶＯ２に基く空燃比フィードバック制御である濃淡電池型フィードバック制御」を実行するとともに、濃淡電池型パラメータを取得する期間以外の期間においては「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基く空燃比フィードバック制御である広域フィードバック制御」を実行する。
【０１７６】
＜燃料噴射量制御＞
第１判定装置のＣＰＵ７１は、図１３に示した「燃料噴射制御ルーチン」を、任意の気筒のクランク角が吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、その気筒（以下、「燃料噴射気筒」とも称呼する。）に対して繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１３００から処理を開始し、ステップ１３１０にてフューエルカットフラグＸＦＣ（以下、「Ｆ／ＣフラグＸＦＣ」と表記する。）の値が「０」であるか否かを判定する。
【０１７７】
Ｆ／ＣフラグＸＦＣの値は、フューエルカット開始条件が成立してからフューエルカット復帰条件（フューエルカット終了条件）が成立するまで「１」に設定され、それ以外の場合に「０」に設定される。即ち、Ｆ／ＣフラグＸＦＣの値は、フューエルカット制御を実行すべきときに「１」に設定される。なお、Ｆ／ＣフラグＸＦＣの値は、機関１０が搭載された車両のイグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたときに実行されるイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０１７８】
（フューエルカット開始条件）
フューエルカット開始条件は、以下のＦＣ条件１及びＦＣ条件２の双方が成立したときに成立する。
（ＦＣ条件１）スロットル弁４４の開度ＴＡが「ゼロ（又は所定開度ＴＡｔｈ以下）」であること。
（ＦＣ条件２）機関回転速度ＮＥが「フューエルカット開始回転速度ＮＥｆｃｔｈ以上」であること。
【０１７９】
（フューエルカット復帰条件）
フューエルカット復帰条件は、以下に述べるＦＣ復帰条件１及びＦＣ復帰条件２のうちの少なくとも一つが成立したときに成立する。
（ＦＣ復帰条件１）スロットル弁開度ＴＡが「ゼロ（又は所定開度ＴＡｔｈ）」より大きいこと。
（ＦＣ復帰条件２）機関回転速度ＮＥが「フューエルカット復帰回転速度ＮＥｆｃｒｅ」より小さいこと。なお、フューエルカット復帰回転速度ＮＥｆｃｒｅは、フューエルカット開始回転速度ＮＥｆｃｔｈよりも所定回転速度ΔＮだけ小さい回転速度である。
【０１８０】
いま、Ｆ／ＣフラグＸＦＣの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵ７１は、以下に述べるステップ１３２０乃至ステップ１３６０の処理を順に行い、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８１】
ステップ１３２０：ＣＰＵ７１は、「エアフローメータ６１により計測された吸入空気流量Ｇａ、クランクポジションセンサ６４の信号に基いて取得された機関回転速度ＮＥ、及び、ルックアップテーブルＭａｐＭｃ」に基いて「燃料噴射気筒に吸入される空気量」である「筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）」を取得する。筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）は、各吸気行程に対応されながらＲＡＭ内に記憶される。筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）は、周知の空気モデル（吸気通路における空気の挙動を模した物理法則に従って構築されたモデル）により算出されてもよい。
【０１８２】
ステップ１３３０：ＣＰＵ７１は、上流側目標空燃比（目標空燃比）ａｂｙｆｒを機関１０の運転状態に応じて設定する。第１判定装置において、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒは理論空燃比ｓｔｏｉｃｈに設定される。但し、アクティブ制御が実行される場合等において、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒはこのステップ１３３０にて理論空燃比以外の空燃比に設定される。
【０１８３】
ステップ１３４０：ＣＰＵ７１は、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を上流側目標空燃比ａｂｙｆｒで除することにより基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅを求める。従って、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅは、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒを得るために必要な燃料噴射量のフィードフォワード量である。
【０１８４】
ステップ１３５０：ＣＰＵ７１は、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅをメインフィードバック量ＤＦｉにより補正する。より具体的には、ＣＰＵ７１は、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅにメインフィードバック量ＤＦｉを加えることにより、指示燃料噴射量（最終燃料噴射量）Ｆｉを算出する。メインフィードバック量ＤＦｉについては後述する。
ステップ１３６０：ＣＰＵ７１は、指示燃料噴射量Ｆｉの燃料を燃料噴射気筒に対応して設けられている燃料噴射弁３９から噴射する。
【０１８５】
一方、ＣＰＵ７１がステップ１３１０の処理を実行する時点において、Ｆ／ＣフラグＸＦＣの値が「１」であると、ＣＰＵ７１はそのステップ１３１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、ステップ１３６０の処理による燃料噴射が実行されないので、フューエルカット制御が実行される。
【０１８６】
＜メインフィードバック量の算出＞
ＣＰＵ７１は図１４にフローチャートにより示した「メインフィードバック量算出ルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１４００から処理を開始し、ステップ１４０５に進んで「メインフィードバック制御条件（上流側空燃比フィードバック制御条件）」が成立しているか否かを判定する。
【０１８７】
メインフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
（Ａ１）空燃比センサ６７が活性化している。
（Ａ２）機関の負荷（負荷率）ＫＬが第１閾値負荷ＫＬ１ｔｈ以下である。
（Ａ３）フューエルカット制御中でない（Ｆ／ＣフラグＸＦＣの値が「１」でない。）。
【０１８８】
なお、機関１０の負荷を表す負荷率（負荷）ＫＬは、ここでは下記の（１）式により求められる。この負荷率ＫＬに代え、アクセルペダル操作量Ａｃｃｐが用いられても良い。（１）式において、Ｍｃは筒内吸入空気量であり、ρは空気密度（単位は（ｇ／ｌ））、Ｌは機関１０の排気量（単位は（ｌ））、「４」は機関１０の気筒数である。
ＫＬ＝（Ｍｃ／（ρ・Ｌ／４））・１００％  …（１）
【０１８９】
いま、メインフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１はステップ１４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４１０に進み、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１９０】
この酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値は、別途実行される図１５に示したルーチンにより設定される。更に、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０１９１】
酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」であるとき、別途実行される図１７に示したルーチンにより、切替スイッチ６７８に、切替スイッチ６７８を閉じることを指示する信号が送出される。これにより、「排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３」との間に「電圧Ｖｐを印加する電圧印加状態」が実現されるので、空燃比センサ６７は「限界電流式広域空燃比センサ」として機能する。更に、この場合、「空燃比センサ６７の出力値である限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓ」に基くメインフィードバック制御が実行される。この空燃比のメインフィードバック制御が上述の「広域フィードバック制御」に相当する。
【０１９２】
これに対し、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」であるとき、別途実行される図１７に示したルーチンにより、切替スイッチ６７８に、切替スイッチ６７８を開くことを指示する信号が送出される。これにより、「排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３」との間に「電圧Ｖｐを印加しない電圧印加停止状態」が実現されるので、空燃比センサ６７は「濃淡電池型の酸素濃度センサ」として機能する。更に、この場合、「空燃比センサ６７の出力値である濃淡電池型出力値ＶＯ２」に基くメインフィードバック制御が実行される。この空燃比のメインフィードバック制御が上述の「濃淡電池型フィードバック制御」に相当する。
【０１９３】
いま、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ１４１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４１５に進み、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得する。
【０１９４】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１４２０に進み、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」となり続けている時間（継続時間Ｔ１）が第１閾値時間Ｔ１ｆｂｔｈ以上であるか否かを判定する。この第１フィードバック閾値時間Ｔ１ｆｂｔｈは、空燃比センサ６７が「濃淡電池型酸素濃度センサ」から「広域空燃比センサ」へと切り替えられた後に「広域空燃比センサ」として安定した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを出力するのに要する時間（又はその時間よりも僅かに長い時間）に設定されている。
【０１９５】
このとき、継続時間Ｔ１が第１フィードバック閾値時間Ｔ１ｆｂｔｈ未満であると、ＣＰＵ７１はステップ１４２０にて「Ｎｏ」と判定し、後述するステップ１４８０以降に進む。
【０１９６】
これに対し、継続時間Ｔ１が第１フィードバック閾値時間Ｔ１ｆｂｔｈ以上であると、ＣＰＵ７１はステップ１４２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１４２５乃至ステップ１４５０の処理を順に行う。これにより、「広域フィードバック制御」に基くメインフィードバック量ＤＦｉが算出される。その後、ＣＰＵ７１はステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ１４２０は省略されてもよい。この場合、ＣＰＵ７１はステップ１４１５からステップ１４２５以降のステップへと直接進む。
【０１９７】
ステップ１４２５：ＣＰＵ７１は、下記（２）式に示したように、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを図３の実線Ｃ１により示したテーブルＭａｐａｂｙｆｓに適用することにより、フィードバック制御用空燃比ａｂｙｆｓｃを得る。
ａｂｙｆｓｃ＝Ｍａｐａｂｙｆｓ（Ｖａｂｙｆｓ）    …（２）
【０１９８】
なお、ＣＰＵ７１は、周知の手法により下流側空燃比センサ６８の出力値Ｖｏｘｓに基いてサブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂを算出してもよい。サブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂは、出力値Ｖｏｘｓを理論空燃比に相当する値Ｖｓｔに一致させるように算出されるフィードバック量である。この場合、ＣＰＵ７１は、そのサブフィードバック量Ｖａｆｓｆｂによって限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを例えば下記の（３）式により補正し、その補正した値Ｖａｂｙｆｃを（２）式の値Ｖａｂｙｆｓとして（２）式に代入することにより、フィードバック制御用空燃比ａｂｙｆｓｃを取得する。
Ｖａｂｙｆｃ＝Ｖａｂｙｆｓ＋Ｖａｆｓｆｂ    …（３）
【０１９９】
ステップ１４３０：ＣＰＵ７１は、下記（４）式に従って、「現時点よりもＮサイクル前の時点において燃焼室２５に実際に供給された燃料の量」である「筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）」を求める。即ち、ＣＰＵ７１は、「現時点よりもＮサイクル（即ち、Ｎ・７２０°クランク角）前の時点における筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）」を「上記フィードバック制御用空燃比ａｂｙｆｓｃ」により除すことにより、筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求める。
Ｆｃ（ｋ−Ｎ）＝Ｍｃ（ｋ−Ｎ）／ａｂｙｆｓｃ    …（４）
【０２００】
このように、筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求めるために、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）をフィードバック制御用空燃比ａｂｙｆｓｃで除すのは、「燃焼室２５内での混合気の燃焼により生成された排ガス」が空燃比センサ６７に到達するまでに「Ｎストロークに相当する時間」を要しているからである。
【０２０１】
ステップ１４３５：ＣＰＵ７１は、下記（５）式に従って、「現時点よりもＮサイクル前の時点において燃焼室２５に供給されるべきであった燃料の量」である「目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）」を求める。即ち、ＣＰＵ７１は、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（理論空燃比＝ｓｔｏｉｃｈ）で除すことにより、目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）を求める。
Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）＝Ｍｃ（ｋ−Ｎ）／ａｂｙｆｒ    …（５）
【０２０２】
ステップ１４４０：ＣＰＵ７１は、上記（６）式に従って、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを取得する。即ち、ＣＰＵ７１は、目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）から筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を減じることにより、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを求める。この筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。更に、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、（２）乃至（６）式から明らかなように、限界電流型出力Ｖａｂｙｆｓにより表される限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓと理論空燃比である目標空燃比ａｂｙｆｒとの差に応じた値である。
ＤＦｃ＝Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）−Ｆｃ（ｋ−Ｎ）    …（６）
【０２０３】
ステップ１４４５：ＣＰＵ７１は、上記（７）式に従って、メインフィードバック量ＤＦｉを求める。この（７）式において、Ｇｐは予め設定された比例ゲイン、Ｇｉは予め設定された積分ゲインである。更に、（７）式の「値ＳＤＦｃ」は「筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値」である。つまり、ＣＰＵ７１は、「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓにより表されたフィードバック制御用空燃比ａｂｙｆｓｃ」を「理論空燃比等に設定された上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ」に一致させるためのＰＩ制御（比例・積分制御）により「メインフィードバック量ＤＦｉ」を算出する。
ＤＦｉ＝Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・ＳＤＦｃ    …（７）
【０２０４】
ステップ１４５０：ＣＰＵ７１は、その時点における筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値ＳＤＦｃに上記ステップ１４４０にて求められた筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを加えることにより、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃを取得する。
【０２０５】
以上により、メインフィードバック量ＤＦｉが比例積分制御により求められ、このメインフィードバック量ＤＦｉが前述した図１３のステップ１３５０の処理により指示燃料噴射量Ｆｉに反映される。
【０２０６】
一方、図１４のステップ１４１０の判定時において、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」でなければ（即ち、「１」であると）、ＣＰＵ７１はステップ１４１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４５５に進み、図１５のステップ１５２５にて取得されている濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得する（読み込む）。
【０２０７】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１４６０に進み、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」となり続けている時間（継続時間Ｔ２）が第２フィードバック閾値時間Ｔ２ｆｂｔｈ以上であるか否かを判定する。この第２フィードバック閾値時間Ｔ２ｆｂｔｈは、空燃比センサ６７が「限界電流式広域空燃比センサ」から「濃淡電池型の酸素濃度センサ」へと切り替えられた後に「濃淡電池型の酸素濃度センサ」として安定した濃淡電池型出力値ＶＯ２を出力するのに要する時間（又はその時間よりも僅かに長い時間）に設定されている。
【０２０８】
このとき、継続時間Ｔ２が第２フィードバック閾値時間Ｔ２ｆｂｔｈ未満であると、ＣＰＵ７１はステップ１４６０にて「Ｎｏ」と判定し、後述するステップ１４８０以降に進む。なお、ステップ１４６０は省略されてもよい。この場合、ＣＰＵ７１はステップ１４５５からステップ１４６５へと直接進む。
【０２０９】
これに対し、継続時間Ｔ２が第２フィードバック閾値時間Ｔ２ｆｂｔｈ以上であると、ＣＰＵ７１はステップ１４６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４６５に進み、濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に相当する値（理論空燃比相当値）Ｖｓｔ以上であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵ７１は、濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値となっているか否かを判定する。
【０２１０】
このとき、濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比相当値Ｖｓｔ以上であると、ＣＰＵ７１はステップ１４６５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４７０に進み、メインフィードバック量ＤＦｉを所定値ｄｆｉだけ減少させる。その後、ＣＰＵ７１はステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２１１】
これに対し、ＣＰＵ７１がステップ１４６５の処理を実行する時点において、濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比相当値Ｖｓｔ未満であると、ＣＰＵ７１はそのステップ１４６５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４７５に進み、メインフィードバック量ＤＦｉを所定値ｄｆｉだけ増大させる。その後、ＣＰＵ７１はステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２１２】
これらのステップ１４６５乃至ステップ１４７５の処理は、前述した「濃淡電池型フィードバック制御」を実現するためのステップである。このように、濃淡電池型フィードバック制御によれば、空燃比センサ６７（空燃比検出素子６７ａ）に到達している排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるとき、メインフィードバック量ＤＦｉが所定値ｄｆｉだけ減少させられるので、図１３のステップ１３５０の処理によって指示燃料噴射量Ｆｉも所定値ｄｆｉだけ減少させられる。更に、濃淡電池型フィードバック制御によれば、空燃比センサ６７（空燃比検出素子６７ａ）に到達している排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるとき、メインフィードバック量ＤＦｉが所定値ｄｆｉだけ増大させられるので、図１３のステップ１３５０の処理によって指示燃料噴射量Ｆｉも所定値ｄｆｉだけ増大させられる。
【０２１３】
加えて、ＣＰＵ７１がステップ１４０５の処理を実行する時点において、メインフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ７１はそのステップ１４０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４８０に進み、メインフィードバック量ＤＦｉの値を「０」に設定する。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ１４８５にて筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃに「０」を格納する。その後、ＣＰＵ７１は、ステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が不成立であるとき、メインフィードバック量ＤＦｉは「０」に設定される。従って、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅのメインフィードバック量ＤＦｉによる補正は行わない。
【０２１４】
＜空燃比気筒間インバランス判定＞
次に、「空燃比気筒間インバランス判定」を実行するための処理について説明する。ＣＰＵ７１は、４ｍｓ（４ミリ秒＝所定の一定サンプリング時間ｔｓ）が経過する毎に、図１５にフローチャートにより示した「空燃比気筒間インバランス判定ルーチン」を実行するようになっている。
【０２１５】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１５００から処理を開始してステップ１５０５に進み、判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値が「１」であるか否かを判定する。ＣＰＵ７１は、判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値に基いて、以下に述べる「インバランス判定用パラメータ（本例においては濃淡電池型パラメータ）の取得、及び、空燃比気筒間インバランス判定の実行」を許可又は禁止する。
【０２１６】
より具体的に述べると、判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値が「１」であるとき、ＣＰＵ７１は「インバランス判定用パラメータの取得及び空燃比気筒間インバランス判定」を実行する。判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値が「０」であるとき（「１」でないとき）、ＣＰＵ７１は、「インバランス判定用パラメータの取得及び空燃比気筒間インバランス判定の実行」を禁止（停止）する。この判定許可フラグＸｋｙｏｋａは、ＣＰＵ７１が後述する図１６にフローチャートにより示した「判定許可フラグ設定ルーチン」を実行することにより設定される。なお、判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０２１７】
いま、判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値が「１」に設定されていると仮定する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ１５０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１５１０に進んで酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値を「１」に設定する。これにより、ＣＰＵ７１は図１４のステップ１４１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４５５以降に進むようになる。従って、この時点において酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」から「１」に変更されたとすると、この時点から第２フィードバック閾値時間Ｔ２ｆｂｔｈが経過したとき、「濃淡電池型フィードバック制御」が開始する。
【０２１８】
次に、ＣＰＵ７１は図１５のステップ１５１５に進み、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」となり続けている時間（継続時間Ｔ３）が第３フィードバック閾値時間Ｔ３ｆｂｔｈ以上であるか否かを判定する。
【０２１９】
この第３フィードバック閾値時間Ｔ３ｆｂｔｈは第２フィードバック閾値時間Ｔ２ｆｂｔｈ以上の時間に設定されている。換言すると、継続時間Ｔ３が第３フィードバック閾値時間Ｔ３ｆｂｔｈ以上となったときには濃淡電池型フィードバック制御が十分に行われていて、それにより、濃淡電池型出力値ＶＯ２が「精度の良いインバランス判定用パラメータである濃淡電池型パラメータ」を取得することができる値になっている。なお、ステップ１５１５は省略されてもよい。この場合、ＣＰＵ７１は、ステップ１５１０からステップ１５２０へ直接進む。
【０２２０】
継続時間Ｔ３が第３フィードバック閾値時間Ｔ３ｆｂｔｈ未満であると、ＣＰＵ７１はステップ１５１５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１５９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２２１】
一方、ＣＰＵ７１がステップ１５１５の処理を実行する時点において、継続時間Ｔ３が第３フィードバック閾値時間Ｔ３ｆｂｔｈ以上となっていると、ＣＰＵ７１はそのステップ１５１５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１５２０に進む。そして、ＣＰＵ７１はステップ１５２０にて、「その時点にてＲＡＭ７３に保持されている濃淡電池型出力値ＶＯ２である値Ｓａ（ｎ）」を前回出力値Ｓａ（ｎ−１）に格納する。即ち、前回出力値Ｓａ（ｎ−１）は、現時点から４ｍｓ（サンプリング時間ｔｓ）前の時点における濃淡電池型出力値ＶＯ２のＡＤ変換値である。なお、値Ｓａ（ｎ）の初期値は理論空燃比相当値ＶｓｔのＡＤ変換値に相当する値に設定されている。
【０２２２】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１５２５に進み、「その時点の空燃比センサ６７の出力値である濃淡電池型出力値ＶＯ２」をＡＤ変換することにより取得し、その値を今回出力値Ｓａ（ｎ）として格納する。
【０２２３】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１５３０に進んで、
（Ａ）空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ１、
（Ｂ）一次データＡＦＤ１の絶対値｜ＡＦＤ１｜の積算値ＳＡＦＤ１、及び、
（Ｃ）一次データＡＦＤ１の絶対値｜ＡＦＤ１｜の、積算値ＳＡＦＤ１への積算回数を示す積算回数カウンタＣｎ、
を更新する。以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
【０２２４】
なお、空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ１とは、空燃比変動指標量ＡＦＤである濃淡電池型パラメータＸ１を得るための元データのことである。本例において、空燃比変動指標量ＡＦＤは、濃淡電池型出力値ＶＯ２の微分値ｄＶＯ２／ｄｔに応じた値である。より具体的には、空燃比変動指標量ＡＦＤは、各単位燃料サイクル期間において取得された複数の微分値ｄＶＯ２／ｄｔの絶対値の平均値を、複数の単位燃焼サイクル期間について平均化した値である。従って、空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ１は、濃淡電池型出力値ＶＯ２の微分値ｄＶＯ２／ｄｔである。
【０２２５】
また、空燃比変動指標量ＡＦＤは、種々の種類のインバランス判定用パラメータであってもよい。従って、例えば、インバランス判定用パラメータとしての濃淡電池型パラメータが「濃淡電池型出力値ＶＯ２の時間についての二階微分値ｄ２（ＶＯ２）／ｄｔ２）」に応じた値であるとき、空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ１は「二階微分値ｄ２（ＶＯ２）／ｄｔ２」である。
【０２２６】
（Ａ）空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ１の更新。
微分値ｄＶＯ２／ｄｔは、濃淡電池型出力値ＶＯ２のサンプリング時間ｔｓにおける変化量（即ち、出力変化率ΔＶＯ２）として求められる。ＣＰＵ７１は、この微分値ｄＶＯ２／ｄｔである出力変化率ΔＶＯ２を、今回出力値Ｓａ（ｎ）から前回出力値Ｓａ（ｎ−１）を減じることによって取得する。即ち、ＣＰＵ７１はステップ１５３０にて「今回の空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ１（ｎ）」を下記の（８）式に従って求める。
ＡＦＤ１（ｎ）＝Ｓａ（ｎ）−Ｓａ（ｎ−１）    …（８）
【０２２７】
（Ｂ）「一次データＡＦＤ１の絶対値｜ＡＦＤ１｜」の積算値ＳＡＦＤ１の更新。
ＣＰＵ７１は今回の積算値ＳＡＦＤ１（ｎ）を下記の（９）式に従って求める。即ち、ＣＰＵ７１は、ステップ１５３０に進んだ時点における前回の積算値ＳＡＦＤ１（ｎ−１）に「上記算出した今回の一次データＡＦＤ１（ｎ）の絶対値｜ＡＦＤ１（ｎ）｜」を加えることにより、積算値ＳＡＦＤ１を更新する。
ＳＡＦＤ１（ｎ）＝ＳＡＦＤ１（ｎ−１）＋｜ＡＦＤ１（ｎ）｜    …（９）
【０２２８】
前回の積算値ＳＡＦＤ１（ｎ−１）に「今回の一次データＡＦＤ１（ｎ）の絶対値｜ＡＦＤ１（ｎ）｜」を積算する理由は、図４の（Ｂ）及び（Ｃ）からも理解されるように、微分値ｄＶＯ２／ｄｔは正の値にも負の値にもなるからである。なお、積算値ＳＡＦＤ１（ｎ）及び積算値ＳＡＦＤ１（ｎ−１）も、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０２２９】
（Ｃ）積算回数カウンタＣｎの更新。
ＣＰＵ７１は、カウンタＣｎの値を「１」だけ増大する。このカウンタＣｎの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるとともに、後述するステップ１５８０にても「０」に設定される。従って、カウンタＣｎの値は、積算値ＳＡＦＤ１に積算された「一次データの絶対値｜ＡＦＤ１（ｎ）｜」のデータ数を示す。
【０２３０】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１５３５に進み、基準気筒（本例では第１気筒）の圧縮上死点を基準としたクランク角ＣＡ（絶対クランク角ＣＡ）が７２０°クランク角になっているか否かを判定する。このとき、絶対クランク角ＣＡが７２０°クランク角未満であると、ＣＰＵ７１はステップ１５３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０２３１】
なお、ステップ１５３５は、一次データＡＦＤ１（ｎ）の絶対値｜ＡＦＤ１（ｎ）｜の平均値を求めるための最小単位の期間（本例においては単位燃焼サイクル期間）を定めるステップであり、ここでは７２０°クランク角がその最小期間に相当する。もちろん、この最小期間は７２０°クランク角よりも短くてもよいが、サンプリング時間ｔｓの複数倍の長さ以上の期間であることが望ましい。即ち、最小単位の期間内に複数個の一次データＡＦＤ１（ｎ）が取得されるように、その最小単位の期間が定められていることが望ましい。
【０２３２】
一方、ＣＰＵ７１がステップ１５３５の処理を行う時点において、絶対クランク角ＣＡが７２０°クランク角になっていると、ＣＰＵ７１はそのステップ１５３５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１５４０に進んで以下の処理を行う。
（Ｄ）一次データＡＦＤ１の絶対値｜ＡＦＤ１｜の平均値ＡｖｅＡＦＤの算出、
（Ｅ）平均値ＡｖｅＡＦＤの積算値Ｓａｖｅの算出、及び、
（Ｆ）積算回数カウンタＣｓインクリメント。
以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
【０２３３】
（Ｄ）一次データＡＦＤ１の絶対値｜ＡＦＤ１｜の平均値ＡｖｅＡＦＤの算出。
ＣＰＵ７１は、積算値ＳＡＦＤ１（ｎ）をカウンタＣｎの値により除することにより、一次データＡＦＤ１の絶対値｜ＡＦＤ１｜の「今回の平均値ＡｖｅＡＦＤ（ｎ）（＝ＳＡＦＤ１（ｎ）／Ｃｎ）」を算出する。この後、ＣＰＵ７１は積算値ＳＡＦＤ１（ｎ）を「０」に設定するとよい。
【０２３４】
（Ｅ）平均値ＡｖｅＡＦＤの積算値Ｓａｖｅの算出。
ＣＰＵ７１は今回の積算値Ｓａｖｅ（ｎ）を下記の（１０）式に従って求める。即ち、ＣＰＵ７１は、ステップ１５４０に進んだ時点における前回の積算値Ｓａｖｅ（ｎ−１）に上記算出した今回の平均値ＡｖｅＡＦＤ（ｎ）を加えることにより、積算値Ｓａｖｅ（ｎ）を更新する。この積算値Ｓａｖｅ（ｎ）の値は上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定される。
Ｓａｖｅ（ｎ）＝Ｓａｖｅ（ｎ−１）＋ＡｖｅＡＦＤ（ｎ）    …（１０）
【０２３５】
（Ｆ）積算回数カウンタＣｓインクリメント。
ＣＰＵ７１は、下記の（１１）式に従って、カウンタＣｓの値を「１」だけ増大する。Ｃｓ（ｎ）は更新後のカウンタＣｓであり、Ｃｓ（ｎ−１）は更新前のカウンタＣｓである。このカウンタＣｓの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定される。従って、カウンタＣｓの値は、積算値Ｓａｖｅに積算された平均値ＡｖｅＡＦＤのデータ数を示す。
Ｃｓ（ｎ）＝Ｃｓ（ｎ−１）＋１    …（１１）
【０２３６】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１５４５に進み、カウンタＣｓの値が閾値Ｃｓｔｈ以上であるか否かを判定する。このとき、カウンタＣｓの値が閾値Ｃｓｔｈ未満であると、ＣＰＵ７１はそのステップ１５４５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１５９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、閾値Ｃｓｔｈは自然数であり、２以上であることが望ましい。
【０２３７】
一方、ＣＰＵ７１がステップ１５４５の処理を行う時点において、カウンタＣｓの値が閾値Ｃｓｔｈ以上であると、ＣＰＵ７１はそのステップ１５４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５５０に進み、「インバランス判定用パラメータとしての空燃比変動指標量ＡＦＤ」である「濃淡電池型パラメータＸ１」を算出する。
【０２３８】
より具体的に述べると、ＣＰＵ７１は下記（１２）式に従って積算値Ｓａｖｅ（ｎ）をカウンタＣｓの値（＝Ｃｓｔｈ）によって除することにより、濃淡電池型パラメータＸ１を算出する。
Ｘ１＝Ｓａｖｅ（ｎ）／Ｃｓｔｈ    …（１２）
【０２３９】
この濃淡電池型パラメータＸ１は、空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ１の絶対値｜ＡＦＤ１｜＝｜ｄＶＯ２／ｄｔ｜の各単位燃焼サイクル期間における平均値ＡｖｅＡＦＤを、複数（Ｃｓｔｈ回分）の単位燃焼サイクル期間について平均した値である。従って、濃淡電池型パラメータＸ１は、気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなるインバランス判定用パラメータである。
【０２４０】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１５５５に進み、濃淡電池型パラメータＸ１の絶対値が「濃淡電池型対応インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈ（第１インバランス判定用閾値）」よりも大きいか否かを判定する。
【０２４１】
濃淡電池型対応インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈは、濃淡電池型パラメータＸ１が濃淡電池型対応インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈよりも大きいとき、エミッションが許容値を超えるような値に設定されている。更に、濃淡電池型対応インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈは、吸入空気流量Ｇａが大きいほど大きくなるように設定されることが望ましい。これは、吸入空気流量Ｇａが大きいほど保護カバー（６７ｂ、６７ｃ）内の排ガス流速が大きくなるので、同じ空燃比気筒間インバランス状態の程度において、吸入空気流量Ｇａが大きいほど濃淡電池型パラメータＸ１が大きくなることによる。
【０２４２】
このとき、濃淡電池型パラメータＸ１の絶対値が濃淡電池型対応インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈよりも大きいと、ＣＰＵ７１はステップ１５５５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５６０に進み、インバランス発生フラグＸＩＮＢの値を「１」に設定する。即ち、ＣＰＵ７１は空燃比気筒間インバランス状態が発生していると判定する。更に、このとき、ＣＰＵ７１は図示しない警告ランプを点灯してもよい。なお、インバランス発生フラグＸＩＮＢの値はバックアップＲＡＭ７４に格納される。その後、ＣＰＵ７１はステップ１５７０に進む。
【０２４３】
これに対し、ＣＰＵ７１がステップ１５５５の処理を行う時点において、濃淡電池型パラメータＸ１が濃淡電池型対応インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈ以下であると、ＣＰＵ７１はステップ１５５５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５６５に進み、インバランス発生フラグＸＩＮＢの値を「２」に設定する。即ち、「空燃比気筒間インバランス判定の結果、空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定された旨」を記憶する。その後、ＣＰＵ７１はステップ１５７０に進む。なお、ステップ１５６５は省略されてもよい。
【０２４４】
ＣＰＵ７１は、ステップ１５７０にて、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値を「０」に設定する。これにより、「排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３」との間に「電圧Ｖｐを印加する電圧印加状態」が実現され（後述する図１７のステップ１７１０及びステップ１７３０を参照。）、広域フィードバック制御が再開される（前述した図１４のステップ１４１０における「Ｙｅｓ」との判定を参照。）。その後、ＣＰＵ７１はステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２４５】
一方、ＣＰＵ７１がステップ１５０５に進んだ際に判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値が「１」でなければ、ＣＰＵ７１はそのステップ１５０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５８０に進む。そして、ＣＰＵ７１はステップ１５８０にて各値（例えば、ＡＦＤ１，ＳＡＦＤ１，Ｃｎ及び酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢ等）を「０」に設定（クリア）するとともに、今回出力値Ｓａ（ｎ）に初期値Ｖｓｔに応じた値を設定し、その後、ステップ１５９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、濃淡電池型パラメータＸ１を用いた空燃比気筒間インバランス判定が実行される。
【０２４６】
＜判定許可フラグＸｋｙｏｋａの設定＞
次に、「インバランス判定許可フラグ設定ルーチン」を実行するための処理について説明する。前述したように、ＣＰＵ７１は、判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値に基いて、「インバランス判定用パラメータの取得及び空燃比気筒間インバランス判定の実行」を許可又は禁止する（図１５のステップ１５０５を参照。）。
【０２４７】
この判定許可フラグＸｋｙｏｋａは、ＣＰＵ７１が図１６にフローチャートにより示した「判定許可フラグ設定ルーチン」を所定時間（４ｍｓ）が経過する毎に実行することにより設定される。
【０２４８】
所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は図１６のステップ１６００から処理を開始してステップ１６１０に進み、絶対クランク角ＣＡが０°クランク角（＝７２０°クランク角）であるか否かを判定する。
【０２４９】
ＣＰＵ７１がステップ１６１０の処理を行う時点において、絶対クランク角ＣＡが０°クランク角でなければ、ＣＰＵ７１はそのステップ１６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６４０に直接進む。
【０２５０】
これに対し、ＣＰＵ７１がステップ１６１０の処理を行う時点において、絶対クランク角ＣＡが０°クランク角であると、ＣＰＵ７１はそのステップ１６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６２０に進み、判定実行条件（第１判定実行条件、本例における濃淡電池型パラメータ取得条件）が成立しているか否かを判定する。
【０２５１】
判定実行条件は、以下の総ての条件（条件Ｃ０乃至条件Ｃ１３）が成立したときに成立する。即ち、判定実行条件は、以下の総ての条件（条件Ｃ０乃至条件Ｃ１３）のうちの少なくとも一つが不成立であるとき、成立しない。なお、判定実行条件は、条件Ｃ０及び条件Ｃ３を含む限り、条件Ｃ０乃至条件Ｃ１３のうちの任意の条件からなっていればよい。条件Ｃ１乃至条件Ｃ１３のそれぞれは、現時点の機関１０の運転状態が、空燃比気筒間インバランス状態の程度を精度よく表す「濃淡電池型パラメータ及び限界電流型パラメータ」が得られる特定運転状態であること、を保証する条件である。
【０２５２】
（条件Ｃ０）今回の機関１０の始動後、空燃比気筒間インバランス判定が一度もなされていない。この条件Ｃ０は、インバランス判定実施要求条件とも称呼される。条件Ｃ０は、前回のインバランス判定からの「機関１０の運転時間の積算値、又は、吸入空気流量Ｇａの積算値、が所定値以上である。」ことに置換されてもよい。
【０２５３】
（条件Ｃ１）吸入空気流量Ｇａ（エアフローメータ６１により取得される吸入空気流量Ｇａ）が、第１閾値空気流量Ｇａ１ｔｈよりも大きい状態が第１フィードバック閾値時間Ｔ１ｆｂｔｈ以上継続している。即ち、吸入空気流量Ｇａが第１閾値空気流量Ｇａ１ｔｈよりも大きく、且つ、吸入空気流量Ｇａが第１閾値空気流量Ｇａ１ｔｈ以下から第１閾値空気流量Ｇａ１ｔｈよりも大きくなった時点からの経過時間が第１閾値時間Ｔ１ｔｈ以上である。
【０２５４】
（条件Ｃ２）メインフィードバック制御条件が成立している。
（条件Ｃ３）フューエルカット制御中でない。即ち、Ｆ／ＣフラグＸＦＣの値が「０」である。
（条件Ｃ４）フューエルカット制御が終了した時点から第２閾値時間Ｔ２ｔｈが経過している。
【０２５５】
（条件Ｃ５）アクティブ制御中でない。
（条件Ｃ６）アクティブ制御の終了時点から第３閾値時間Ｔ３ｔｈが経過している。
【０２５６】
（条件Ｃ７）アクセル開度センサ６９により検出されるアクセルペダル８１の操作Ａｃｃｐの単位時間あたりの変化量ΔＡｃｃｐ（以下、「アクセル変化量ΔＡｃｃｐ」とも称呼する。）が閾値アクセル変化量ΔＡｃｃｐｔｈ未満である（アクセル変化量ΔＡｃｃｐが閾値アクセル変化量ΔＡｃｃｐｔｈ以上でない。）。アクセル変化量ΔＡｃｃｐは「加速操作変化量」とも称呼される。
（条件Ｃ８）アクセル変化量ΔＡｃｃｐが閾値アクセル変化量（閾値加速操作変化量）ΔＡｃｃｐｔｈ未満である状態が、第４閾値時間Ｔ４ｔｈ以上継続している。
【０２５７】
（条件Ｃ９）吸入空気流量Ｇａの単位時間あたりの変化量ΔＧａ（以下「吸入空気流量変化量ΔＧａ」とも称呼する。）が閾値流量変化量ΔＧａｔｈ未満である（吸入空気流量変化量ΔＧａが閾値流量変化量ΔＧａｔｈ以上でない。）。
（条件Ｃ１０）吸入空気流量変化量ΔＧａが閾値流量変化量ΔＧａｔｈ未満である状態が、第５閾値時間Ｔ５ｔｈ以上継続している。
【０２５８】
（条件Ｃ１１）機関回転速度ＮＥが「吸入空気流量Ｇａが大きくなるほど大きくなる閾値回転速度ＮＥｔｈ」未満である。
【０２５９】
（条件Ｃ１２）冷却水温ＴＨＷが閾値冷却水温ＴＨＷｔｈ以上である。
（条件Ｃ１３）蒸発燃料ガスのパージ中でない。
【０２６０】
ＣＰＵ７１がステップ１６２０の処理を行う時点において、判定実行条件が成立していなければ、ＣＰＵ７１はそのステップ１６２０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１６４０に直接進む。
【０２６１】
これに対し、ＣＰＵ７１がステップ１６２０の処理を行う時点において、判定実行条件が成立していると、ＣＰＵ７１はそのステップ１６２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６３０に進み、判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ１６４０に進む。
【０２６２】
ＣＰＵ７１はステップ１６４０にて、上記判定実行条件が不成立であるか否かを判定する。即ち、上記「条件Ｃ０乃至条件Ｃ１３」のうちの何れか一つでも成立していないか否かを判定する。
【０２６３】
そして、判定実行条件が不成立であると、ＣＰＵ７１はそのステップ１６４０からステップ１６５０に進み、判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値を「０」に設定し、ステップ１６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これに対し、ＣＰＵ７１がステップ１６４０の処理を行う時点において、判定実行条件が成立していれば、ＣＰＵ７１はそのステップ１６４０からステップ１６９５へと直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２６４】
このように、判定許可フラグＸｋｙｏｋａは、絶対クランク角が０°クランク角になった時点において判定実行条件が成立しているときに「１」に設定され、判定実行条件が不成立になった時点において「０」に設定される。
【０２６５】
＜空燃比センサの印加電圧制御＞
次に、「空燃比センサの印加電圧制御」を実行するための処理について説明する。ＣＰＵ７１は、４ｍｓ（４ミリ秒）が経過する毎に、図１７にフローチャートにより示した「印加電圧制御ルーチン」を実行するようになっている。
【０２６６】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１７００から処理を開始してステップ１７１０に進み、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」であるか否かを判定する。
【０２６７】
このとき、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」であると、ＣＰＵ７１はステップ１７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１７２０に進み、切替スイッチ６７８を開く（開成する）指示を切替スイッチ６７８に送出する。これにより、電圧印加停止状態が達成される。その後、ＣＰＵ７１はステップ１７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０２６８】
一方、ＣＰＵがステップ１７１０の処理を行う時点において、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」であると、ＣＰＵ７１はステップ１７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１７３０に進み、切替スイッチ６７８を閉じる（閉成する）指示を切替スイッチ６７８に送出する。これにより、電圧印加状態が達成される。その後、ＣＰＵ７１はステップ１７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０２６９】
以上、説明したように、第１判定装置は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関１０に適用される。第１判定装置は、電圧印加状態において限界電流式広域空燃比センサとして機能するとともに、電圧印加停止状態において濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能する空燃比センサ６７を有する。更に、第１判定装置は、前記電圧印加状態と前記電圧印加停止状態とを実現する電圧印加手段（電源６７７、切替スイッチ６７８、及び、図１７のルーチン等を参照。）を備える。
【０２７０】
加えて、第１判定装置は、広域フィードバック制御手段を備える。
この広域フィードバック制御手段は、
（１）前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を送出するとともに（図１７のステップ１７１０及びステップ１７３０）、
（２）前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得し（図１４のステップ１４１５）、
（３）その取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比（ａｂｙｆｓｃ）と理論空燃比に設定された目標空燃比（ａｂｙｆｒ）とが一致するように、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比ａｂｙｆｓｃと同目標空燃比ａｂｙｆｒとの差に応じた値（ＤＦｃ）に基いて、複数の燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量（指示燃料噴射量Ｆｉ）を調整する（図１４のステップ１４２５乃至ステップ１４５０、及び、図１３のステップ１３５０）。
【０２７１】
更に、第１判定装置は、インバランス判定用パラメータ取得手段を備える。
このインバランス判定用パラメータ取得手段は、
（１）前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出するとともに（図１７のステップ１７１０及びステップ１７２０）、
（２）前記濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得し（図１５のステップ１５２５）、
（３）その取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて、前記少なくとも２以上の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比である気筒別空燃比の間の差が大きいほどその絶対値が大きくなるインバランス判定用パラメータ（濃淡電池型パラメータＸ１）を取得する（図１５のステップ１５２０乃至ステップ１５５０）。
【０２７２】
更に、第１判定装置は、前記取得された濃淡電池型パラメータＸ１の絶対値が所定の濃淡電池型対応インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈよりも大きいとき、前記気筒別空燃比の間の差が許容値以上となっている空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するインバランス判定手段（図１５のステップ１５５５乃至ステップ１５６５）を備える。
【０２７３】
これによれば、インバランス判定用パラメータとして「空燃比気筒間インバランスの程度を精度良く表す濃淡電池型パラメータＸ１」が取得され、その濃淡電池型パラメータＸ１に基くインバランス判定が実行される。従って、第１判定装置は精度のよいインバランス判定を実行することができる。
【０２７４】
更に、第１判定装置は、濃淡電池型パラメータＸ１を取得する期間以外の期間において、「濃淡電池型パラメータＸ１を求める際に使用される空燃比センサ６７」を用いて広域フィードバック制御を実行することができる。従って、エミッションを低減することができるとともに、空燃比センサ６７に加えて「別の濃淡電池型の酸素濃度センサ」を排気集合部ＨＫに設ける必要がない。従って、システムを廉価とすることができる。
【０２７５】
加えて、前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
（１）前記濃淡電池型パラメータを取得する所定の濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき（即ち、判定実行条件が成立することによって図１６のステップ１６２０及びステップ１６３０にて判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値が「１」に変更され、それに伴って図１５のステップ１５０５及びステップ１５１０にて酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」に設定されているとき）、前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を連続的に送出するとともに（図１７のステップ１７１０及びステップ１７２０）、
（２）前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成され（図１５のステップ１５２０乃至ステップ１５５０）、更に、
（３）前記取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に対応する目標値Ｖｓｔに一致するように前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御である濃淡電池型フィードバック制御を実行する濃淡電池型フィードバック制御手段（図１４のステップ１４１０、ステップ１４５５乃至ステップ１４７５及び図１３のステップ１３５０等）を含む。
【０２７６】
従って、インバランス判定用パラメータ（濃淡電池型パラメータＸ１）を取得する期間において、濃淡電池型フィードバック制御を実行することができる。その結果、インバランス判定用パラメータを取得する期間においても、エミッションの大きな悪化を防止することができる。更に、空燃比気筒間インバランス状態が発生している場合に、排ガスの空燃比が理論空燃比近傍にて振動するようにすることができるので、濃淡電池型パラメータＸ１が空燃比気筒間インバランスの程度をより精度良く表すパラメータとすることができる。また、濃淡電池型パラメータＸ１を取得している期間において、切替スイッチ６７８を頻繁に切り替える必要がないので、そのような切替スイッチ６７８の頻繁な切替に伴う種々の影響（例えば、ＣＰＵ７１の演算付加の増大、及び、濃淡電池型出力値ＶＯ２と限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓとに発生するノイズ等）を回避することができる。
【０２７７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る判定装置（以下、単に「第２判定装置」と称呼する。）について説明する。
【０２７８】
第１判定装置は、インバランス判定を実行する際、広域フィードバック制御を中止するとともに、空燃比センサ６７を濃淡電池型の酸素濃度センサとして連続的に機能させながら濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得し、その濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて「濃淡電池型パラメータの取得及びインバランス判定、並びに、濃淡電池型フィードバック制御」を行っていた。
【０２７９】
これに対し、第２判定装置は、広域フィードバック制御中において、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得し、その限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて「インバランス判定用パラメータとしての限界電流型パラメータの取得、及び、その限界電流型パラメータを用いたインバランス判定」を行う。更に、第２判定装置は、限界電流型パラメータが空燃比気筒間インバランス状態の程度を十分に反映できないと推定される場合（例えば、機関１０の運転状態が、「限界電流式広域空燃比センサとして機能している空燃比センサ６７の応答性が、精度のよい限界電流型パラメータを取得することに対して低過ぎるようになる特定運転状態」となった場合）に限り、空燃比センサ６７を濃淡電池型の酸素濃度センサとして連続的に機能させ、第１判定装置と同様の「濃淡電池型パラメータの取得及びその濃淡電池型パラメータを用いたインバランス判定、並びに、濃淡電池型フィードバック制御」を行う。
【０２８０】
このように、第２判定装置は、インバランス判定用パラメータを取得する際、広域フィードバック制御の状態下で「精度のよいインバランス判定用パラメータ」が取得できると判定される場合、空燃比のフィードバック制御を「広域フィードバック制御」から「濃淡電池型フィードバック制御」に切り替えることなく、広域フィードバック制御の状態下においてインバランス判定用パラメータを取得し且つインバランス判定を実行する。
【０２８１】
（実際の作動）
具体的に述べると、第２判定装置は、そのＣＰＵ７１が図１５に代わる図１８及び図１９に示した「空燃比気筒間インバランス判定ルーチン」を所定時間（４ｍｓ＝サンプリング時間ｔｓ）が経過する毎に実行する点のみにおいて、第１判定装置と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。なお、本明細書において既に説明したステップと同一の処理を行うためのステップには、そのような既に説明したステップに付された符号と同一の符合を付している。
【０２８２】
図１８に示したルーチンは、図１５のルーチンのステップ１５０５とステップ１５１０との間にステップ１８１０を追加した点のみにおいて、図１５のルーチンと相違している。そこで、以下、ステップ１８１０の処理について説明する。
【０２８３】
判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値が「１」であると、ＣＰＵ７１は図１８のステップ１８００に続くステップ１５０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８１０に進み、「濃淡電池型出力値利用条件」が成立しているか否かを判定する。
【０２８４】
この濃淡電池型出力値利用条件は、下記の条件Ｄ１乃至Ｄ３のうちの少なくとも一つが成立したときに成立する。即ち、現時点の運転状態が「濃淡電池型パラメータを取得する必要がある特定運転状態」にあるか否かを判定する。
【０２８５】
（条件Ｄ１）吸入空気流量Ｇａが第２閾値空気流量Ｇａ２ｔｈよりも小さい。但し、第２閾値空気流量Ｇａ２ｔｈは、上述した条件Ｃ１にて使用される第１閾値空気流量Ｇａ１ｔｈよりも大きい。
（条件Ｄ２）負荷ＫＬが第２閾値負荷ＫＬ２ｔｈよりも小さい。但し、第２閾値負荷ＫＬ２ｔｈは、上述したメインフィードバック制御条件の条件Ａ２にて使用される第１閾値負荷ＫＬ１ｔｈよりも小さい。
【０２８６】
上記条件Ｄ１及び条件Ｄ２は、「限界電流式広域空燃比センサとして機能している空燃比センサ６７の応答性」が「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを用いて精度が十分に良いインバランス判定用パラメータ（限界電流型パラメータＸ２）を取得すること」に対し十分に高くない状態であることを定める条件である。即ち、条件Ｄ１又は条件Ｄ２が成立するとき、空燃比センサ６７が限界電流式広域空燃比センサとして機能している場合における空燃比センサ６７の応答性が所定閾値以上の応答性を確保することができない特定運転状態にて機関１０が運転されている。なお、条件Ｄ１及び条件Ｄ１は何れか一方のみがステップ１８１０における判定に用いられてもよい。
【０２８７】
（条件Ｄ３）広域フィードバック制御の下で取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基く限界電流型パラメータＸ２が限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈよりも小さい。好ましくは、条件Ｄ３は、限界電流型パラメータＸ２が、限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈよりも小さい高側閾値よりも小さく、且つ、０よりも大きく且つ高側閾値よりも小さい低側閾値よりも大きいときに成立する条件に設定される。この低側閾値は、限界電流型パラメータＸ２がその低側閾値よりも小さい場合、空燃比気筒間インバランス状態が明らかに発生していないと判定することができる値に設定される。なお、この条件Ｄ３はステップ１８１０における判定から省略されてもよい。更に、ステップ１８１０においてこの条件Ｄ３のみが採用されてもよい。
【０２８８】
ＣＰＵ７１は、ステップ１８１０にて上記「濃淡電池型出力値利用条件」が成立していると判定すると、そのステップ１８１０からステップ１５１０以降に進む。従って、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値がステップ１５１０にて「１」に設定されるので、図１７のルーチンにより空燃比センサ６７に対する電圧印加停止状態が実現される。更に図１８のステップ１５１５乃至ステップ１５７０の処理が実行されるようになるので、濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて濃淡電池型パラメータＸ１が取得され、その濃淡電池型パラメータＸ１に基くインバランス判定が実行される。加えて、図１４のステップ１４６５乃至ステップ１４７５の処理が実行されるようになるので、空燃比のフィードバック制御が、広域フィードバック制御から濃淡電池型フィードバック制御へと切り替えられる。
【０２８９】
これに対し、ＣＰＵ７１がステップ１８１０の処理を実行する時点において、濃淡電池型出力値利用条件が成立していないと、ＣＰＵ７１はそのステップ１８１０にて「Ｎｏ」と判定し、そのステップ１８１０から図１９のステップ１９０５へと進む（図１８及び図１９の円内の記号「Ａ」を参照。）。
【０２９０】
ＣＰＵ７１は、図１９のステップ１９０５に進むと、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」となり続けている時間（継続時間Ｔ４）が第４フィードバック閾値時間Ｔ４ｆｂｔｈ以上であるか否かを判定する。この第４フィードバック閾値時間Ｔ４ｆｂｔｈは第１フィードバック閾値時間Ｔ１ｆｂｔｈよりも長い時間に設定されている。換言すると、継続時間Ｔ４が第４フィードバック閾値時間Ｔ４ｆｂｔｈ以上となったとき、広域フィードバック制御が「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基く精度のよいインバランス判定用パラメータ（限界電流型パラメータ）Ｘ２」を取得するのに充分な長さだけ継続されている。なお、ステップ１９０５は省略されてもよい。その場合、ＣＰＵ７１は図１８のステップ１８１０から図１９のステップ１９１０に直接進む。
【０２９１】
ＣＰＵ７１がステップ１９０５の処理を実行する時点において、継続時間Ｔ４が第４フィードバック閾値時間Ｔ４ｆｂｔｈ以上でなければ、ＣＰＵ７１は図１９のステップ１９０５から図１８のステップ１８９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する（図１８及び図１９の円内の「Ｂ」を参照。）。
【０２９２】
一方、ＣＰＵ７１が図１９のステップ１９０５の処理を実行する時点において、継続時間Ｔ４が第４フィードバック閾値時間Ｔ４ｆｂｔｈ以上となっていると、ＣＰＵ７１はそのステップ１９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１９１０に進む。そして、ＣＰＵ７１は以下に述べるように、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて限界電流型パラメータＸ２を取得し、その限界電流型パラメータＸ２と限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈとを比較することにより、インバランス判定を実行する。
【０２９３】
ステップ１９１０は、図１５のステップ１５２０と同様な処理を行うステップである。即ち、ＣＰＵ７１は、「その時点にてＲＡＭ７３に保持されている限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓである値Ｓｂ（ｎ）」を前回出力値Ｓｂ（ｎ−１）に格納する。即ち、前回出力値Ｓｂ（ｎ−１）は、現時点から４ｍｓ（サンプリング時間ｔｓ）前の時点における限界電流型出力値ＶａｂｙｆｓのＡＤ変換値である。なお、値Ｓｂ（ｎ）の初期値は理論空燃比相当値ＶｓｔｏｉｃｈのＡＤ変換値に相当する値に設定されている。
【０２９４】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１９１５に進み、「その時点の空燃比センサ６７の出力値である限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓ」をＡＤ変換することにより取得し、その値を今回出力値Ｓｂ（ｎ）として格納する。
【０２９５】
次に、ＣＰＵ７１は１９２０に進み、上述した図１５のステップ１５３０と同様な処理を行う。即ち、ＣＰＵ７１はステップ１９２０にて、
（Ｇ）空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ２、
（Ｈ）一次データＡＦＤ２の絶対値｜ＡＦＤ２｜の積算値ＳＡＦＤ２、及び、
（Ｉ）一次データＡＦＤ２の絶対値｜ＡＦＤ２｜の、積算値ＳＡＦＤ２への積算回数を示す積算回数カウンタＣｎ、
を更新する。以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
【０２９６】
なお、空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ２とは、空燃比変動指標量ＡＦＤである限界電流型パラメータＸ２を得るための元データのことである。本例において、限界電流型パラメータＸ２は限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔに応じた値である。よって、一次データＡＦＤ２は、微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔである。但し、この場合の空燃比変動指標量ＡＦＤも、種々の種類のインバランス判定用パラメータであってもよい。従って、例えば、限界電流型パラメータＸ２が「限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓの時間についての二階微分値ｄ２（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔ２）」に応じた値であるとき、空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ２は「二階微分値ｄ２（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔ２」である。
【０２９７】
（Ｇ）空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ２の更新。
微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔは、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓのサンプリング時間ｔｓにおける変化量（即ち、出力変化率ΔＶａｂｙｆｓ）として求められる。ＣＰＵ７１は、この微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔである出力変化率ΔＶａｂｙｆｓを、今回出力値Ｓｂ（ｎ）から前回出力値Ｓｂ（ｎ−１）を減じることによって取得する。即ち、ＣＰＵ７１はステップ１９２０にて「今回の空燃比変動指標量の一次データＡＦＤ２（ｎ）」を下記の（１３）式に従って求める。
ＡＦＤ２（ｎ）＝Ｓｂ（ｎ）−Ｓｂ（ｎ−１）  …（１３）
【０２９８】
（Ｈ）「一次データＡＦＤ２の絶対値｜ＡＦＤ２｜」の積算値ＳＡＦＤ２の更新。
ＣＰＵ７１は今回の積算値ＳＡＦＤ２（ｎ）を下記の（１４）式に従って求める。即ち、ＣＰＵ７１は、ステップ１９２０に進んだ時点における前回の積算値ＳＡＦＤ２（ｎ−１）に「上記算出した今回の一次データＡＦＤ２（ｎ）の絶対値｜ＡＦＤ２（ｎ）｜」を加えることにより、積算値ＳＡＦＤ２を更新する。
ＳＡＦＤ２（ｎ）＝ＳＡＦＤ２（ｎ−１）＋｜ＡＦＤ２（ｎ）｜  …（１４）
【０２９９】
前回の積算値ＳＡＦＤ２（ｎ−１）に「今回の一次データＡＦＤ２（ｎ）の絶対値｜ＡＦＤ２（ｎ）｜」を積算する理由は、図４の（Ｂ）及び（Ｃ）からも理解されるように、微分値ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔは正の値にも負の値にもなるからである。なお、積算値ＳＡＦＤ２（ｎ）及び積算値ＳＡＦＤ２（ｎ−１）も、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０３００】
（Ｉ）積算回数カウンタＣｎの更新。
ＣＰＵ７１は、カウンタＣｎの値を「１」だけ増大する。カウンタＣｎの値は、積算値ＳＡＦＤ２に積算された「一次データの絶対値｜ＡＦＤ２（ｎ）｜」のデータ数を示す。
【０３０１】
その後、ＣＰＵ７１はステップ１９２５乃至ステップ１９４０の処理を実行することにより、「インバランス判定用パラメータとしての限界電流型パラメータＸ２」を算出する。ステップ１９２５乃至ステップ１９４０は、図１５のステップ１５３５乃至ステップ１５５０のそれぞれと同様な処理を行うステップである。
【０３０２】
即ち、ステップ１９２５及びステップ１９３０の処理により、単位燃焼サイクル期間が経過する毎（クランク角が７２０度増大する毎）に、その単位燃焼サイクル期間における「一次データＡＦＤ２の絶対値の平均値ＡｖｅＡＦＤ（ｎ）（＝ＳＡＦＤ２（ｎ）／Ｃｎ）」が算出され、その平均値ＡｖｅＡＦＤが積算値Ｓａｖｅに積算され、積算回数カウンタＣｓが「１」だけ増大される。
【０３０３】
そして、カウンタＣｓの値が閾値Ｃｓｔｈ以上となると、ＣＰＵ７１はステップ１９３５からステップ１９４０に進み、積算値Ｓａｖｅ（ｎ）をカウンタＣｓの値（＝Ｃｓｔｈ）によって除することにより、インバランス判定用パラメータ（限界電流型パラメータＸ２）を算出する。
【０３０４】
この限界電流型パラメータＸ２は、空燃比変動指標量ＡＦＤの一次データＡＦＤ２の絶対値｜ＡＦＤ２｜＝｜ｄ（Ｖａｂｙｆｓ）／ｄｔ｜の各単位燃焼サイクル期間における平均値ＡｖｅＡＦＤを、複数（Ｃｓｔｈ回分）の単位燃焼サイクル期間について平均した値である。従って、限界電流型パラメータＸ２は、気筒別空燃比の間の差が大きいほど大きくなるインバランス判定用パラメータである。なお、このステップ１９４０にて求められた限界電流型パラメータが上記条件Ｄ３の判定に用いられる。
【０３０５】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１９４５に進み、限界電流型パラメータＸ２の絶対値が「限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈ（第２インバランス判定用閾値）」よりも大きいか否かを判定する。限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈは、限界電流型パラメータＸ２が限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈよりも大きいとき、エミッションが許容値を超えるような値に設定されている。更に、限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈは、濃淡電池型対応インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈと同様、吸入空気流量Ｇａが大きいほど大きくなるように設定されることが望ましい。
【０３０６】
そして、限界電流型パラメータＸ２の絶対値が限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈよりも大きいと、ＣＰＵ７１はステップ１９４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１９５０に進み、インバランス発生フラグＸＩＮＢの値を「１」に設定する。このとき、ＣＰＵ７１は図示しない警告ランプを点灯してもよい。その後、ＣＰＵ７１は図１８のステップ１８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する（図１８及び図１９の円内の「Ｂ」を参照。）。
【０３０７】
これに対し、ＣＰＵ７１がステップ１９４５の処理を行う時点において、限界電流型パラメータＸ２が限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈ以下であると、ＣＰＵ７１はステップ１９４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１９５５に進み、インバランス発生フラグＸＩＮＢの値を「２」に設定する。即ち、「空燃比気筒間インバランス判定の結果、空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定された旨」を記憶する。その後、ＣＰＵ７１は図１８のステップ１８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する（図１８及び図１９の円内の「Ｂ」を参照。）。なお、ステップ１９５５は省略されてもよい。この場合、ＣＰＵ７１はステップ１９４５から図１８のステップ１８９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０３０８】
以上、説明したように、第２判定装置のインバランス判定用パラメータ取得手段は、
（１）前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示が送出されているときに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得し（図１９のステップ１９１５）
（２）その取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて限界電流型パラメータＸ２を取得し（図１９のステップ１９１０乃至ステップ１９４０）、且つ、
（３）機関１０の運転状態が、限界電流式広域空燃比センサとして機能している場合における空燃比センサ６７の応答性が所定閾値以上の応答性を確保することができない所定の特定運転状態になったとき（条件Ｄ１及び条件Ｄ２と、図１８のステップ１８１０における「Ｙｅｓ」との判定とを参照。）、前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出する（図１８のステップ１５１０、図１７のステップ１７１０及びステップ１７２０）ことにより前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータＸ１を取得するように構成されるとともに（図１８のステップ１５２０乃至ステップ１５５０）、
（４）前記取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に対応する目標値Ｖｓｔに一致するように複数の燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量（指示燃料噴射量Ｆｉ）を調整する制御（濃淡電池型フィードバック制御）を実行する濃淡電池型フィードバック制御手段（図１４のステップ１４１０、ステップ１４５５乃至ステップ１４７５、図１３のステップ１３５０）を含む。
【０３０９】
更に、第２判定装置の広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型フィードバック制御が実行されている場合に前記広域フィードバック制御を停止するように構成されている（図１４のステップ１４１０にて「Ｎｏ」と判定された場合に、図１４のステップ１４１５乃至ステップ１４５０が実行されない点を参照。）。
【０３１０】
更に、第２判定装置のインバランス判定手段は、
前記取得された限界電流型パラメータＸ２の絶対値が所定の限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈよりも大きいとき、前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するように構成されている（図１９のステップ１９４５乃至ステップ１９５５）。
【０３１１】
これによれば、限界電流式広域空燃比センサとして機能している空燃比センサ６７の応答性が十分に高く、従って、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて得られる限界電流型パラメータＸ２により精度の良い空燃比気筒間インバランス判定を実行できる場合には、「濃淡電池型出力値ＶＯ２及び濃淡電池型パラメータＸ１の取得、並びに、濃淡電池型フィードバック制御」がなされない。この結果、濃淡電池型フィードバック制御よりもエミッションを良好な値に維持できる広域フィードバック制御を高い頻度にて実行しながら、空燃比気筒間インバランス判定を実行することができる。
【０３１２】
更に、前記限界電流式広域空燃比センサとして機能している場合における空燃比センサ６７の応答性が所定閾値以上の応答性を確保することができない所定の特定運転状態になったとき、電圧印加停止状態が実現されるとともに濃淡電池型出力値ＶＯ２が取得され、その濃淡電池型出力値ＶＯ２に基いて「濃淡電池型パラメータＸ１の取得、濃淡電池型パラメータＸ１を用いたインバランス判定及び濃淡電池型フィードバック制御」が実行される。従って、より精度良くインバランス判定を実行することができる。
【０３１３】
更に、濃淡電池型パラメータを取得するための濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得している期間においても、濃淡電池型フィードバック制御により機関の空燃比が制御されるので、機関の空燃比フィードバック制御を実行しながらも電圧印加停止状態を継続することが可能となる。
【０３１４】
更に、第２判定装置のインバランス判定用パラメータ取得手段は、
取得した限界電流型パラメータＸ２の絶対値が限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈよりも小さいとき（条件Ｄ３を参照。）、前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出する（図１８のステップ１５１０、図１７のステップ１７１０及びステップ１７２０）ことにより前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成されている（図１８のステップ１５２０乃至ステップ１５５０）。
【０３１５】
限界電流型パラメータＸ２に基くインバランス判定によって「空燃比気筒間インバランス状態が発生した」と判定されたときには、もはや濃淡電池型パラメータＸ１による空燃比気筒間インバランス判定を実行する必要はない。従って、上記態様によれば、濃淡電池型フィードバック制御を実行する頻度を低減することができる。その結果、エミッションの悪化を小さくしながら、必要に応じて濃淡電池型パラメータＸ１を取得することにより、精度の良い空燃比気筒間インバランス判定を行うことができる。
【０３１６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る判定装置（以下、単に「第３判定装置」と称呼する。）について説明する。
【０３１７】
第３判定装置は、空燃比センサ６７を「限界電流式広域空燃比センサ及び濃淡電池型の酸素濃度センサ」として時間的に交互に用いることにより、濃淡電池型出力値ＶＯ２及び濃淡電池型出力値ＶＯ２に基く濃淡電池型パラメータＸ１を取得し、その濃淡電池型パラメータＸ１に基いてインバランス判定を行うとともに、濃淡電池型パラメータＸ１を取得している期間においても限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得して広域フィードバック制御を継続する。
【０３１８】
より具体的に述べると、図２０のタイムチャートに示したように、第３判定装置は、切替スイッチ６７８の開閉を短時間の経過毎に繰り返す。即ち、第３判定装置は、「切替スイッチ６７８を時間Ｔｏｎ（例えば４ｍｓ）だけ閉じることにより電圧印加状態を実現し、その後、切替スイッチ６７８を時間Ｔｏｆｆ（例えば４ｍｓ）だけ開くことによって電圧印加停止状態を実現する」サイクルを繰り返す。つまり、図２０に示した例においては、時刻ｔ１〜ｔ２において電圧印加状態が実現され、時刻ｔ２〜ｔ３において電圧印加停止状態が実現され、時刻ｔ３〜ｔ４において電圧印加状態が実現され、時刻ｔ４〜ｔ５において電圧印加停止状態が実現され、その後も同様に電圧印加状態と電圧印加停止状態とが繰り返し実現される。
【０３１９】
更に、第３判定装置は、電圧印加状態が実現されることにより空燃比センサ６７が限界電流式広域空燃比センサとして機能している期間（例えば、時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４）において、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得（ＡＤ変換）し、その限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを用いて広域フィードバック制御を実行する。
【０３２０】
加えて、第３判定装置は、電圧印加停止状態が実現されることにより空燃比センサ６７が濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能している期間（例えば、時刻ｔ２〜ｔ３、時刻ｔ４〜ｔ５）において、濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得（ＡＤ変換）し、その濃淡電池型出力値ＶＯ２を用いて濃淡電池型パラメータＸ１を取得するとともに、その濃淡電池型パラメータＸ１を用いてインバランス判定を実行する。
【０３２１】
（実際の作動）
第３判定装置のＣＰＵ７１は、図１３、図１６、及び、図２１乃至図２３、に示したルーチンを実行する。図１３及び図１６に示したルーチンについては説明済みである。よって、図２１乃至図２３に示したルーチンを主として参照しながら第３判定装置の実際の作動について説明する。
【０３２２】
第３判定装置のＣＰＵ７１は、図２１に示した「空燃比センサの印加電圧制御ルーチン」を、所定時間（４ｍｓ）が経過する毎に実行するようになっている。
【０３２３】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ２１００から処理を開始してステップ２１１０に進み、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」であるか否かを判定する。
【０３２４】
このとき、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」であると、ＣＰＵ７１はステップ２１２０に進んで「切替スイッチ６７８を閉じる指示」を切替スイッチ６７８に送出する。これにより、電圧印加状態が達成される。その後、ＣＰＵ７１はステップ２１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この動作は、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」である限り繰り返される。従って、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」である場合、電圧印加状態が連続的に実現されるので、空燃比センサ６７は限界電流式広域空燃比センサとしてのみ機能する。
【０３２５】
一方、ＣＰＵ７１がステップ２１１０の処理を行う時点において、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」であると、ＣＰＵ７１はステップ２１３０に進んで「現時点において切替スイッチ６７８が閉じているか否か」を判定する。このとき、切替スイッチ６７８が閉じていると、ＣＰＵ７１はステップ２１３０からステップ２１４０に進み、「切替スイッチ６７８を開く指示」を切替スイッチ６７８に送出する。これにより、電圧印加停止状態が達成されるので、空燃比センサ６７は濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能する。その後、ＣＰＵ７１はステップ２１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０３２６】
この状態において所定時間が経過してＣＰＵ７１が再びステップ２１３０の処理を行うと、この場合、切替スイッチ６７８は開いているから、ＣＰＵ７１はステップ２１３０からステップ２１２０に進んで「切替スイッチ６７８を閉じる指示」を切替スイッチ６７８に送出する。これにより、電圧印加状態が達成されるので、空燃比センサ６７は限界電流式広域空燃比センサとして機能する。その後、ＣＰＵ７１はステップ２１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０３２７】
この結果、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」である場合、切替スイッチは所定時間（４ｍｓ、Ｔｏｎ、Ｔｏｆｆ）の経過毎に開状態と閉状態とを繰り返す。従って、空燃比センサ６７の状態は、所定時間の経過毎に、濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能する状態及び限界電流式広域空燃比センサとして機能する状態の何れかに交互に変化する。
【０３２８】
＜メインフィードバック量の算出＞
ＣＰＵ７１は図２２にフローチャートにより示した「メインフィードバック量算出ルーチン」を所定時間（４ｍｓ）の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ２２００から処理を開始し、ステップ１４０５に進んで「上述したメインフィードバック制御条件」が成立しているか否かを判定する。メインフィードバック制御条件が成立していない場合、ＣＰＵ７１は上述したステップ１４８０及びステップ１４８５の処理を実行し、ステップ２２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０３２９】
これに対し、メインフィードバック制御条件が成立していると、ＣＰＵ７１はステップ１４０５からステップ１４１０に進み、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」であるか否かを判定する。
【０３３０】
このとき、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」であると、ＣＰＵ７１はステップ１４１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、前述したステップ１４１５乃至ステップ１４５０の処理を行う。前述したように、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「０」であるとき、電圧印加状態が連続的に実現されるので、空燃比センサ６７は限界電流式広域空燃比センサとして機能している。従って、前述したステップ１４１５乃至ステップ１４５０の処理により、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基く広域フィードバック制御が実現される。
【０３３１】
これに対し、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」であると、ＣＰＵ７１はステップ１４１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２２１０に進み、現時点が電圧印加状態（切替スイッチ６７８が閉じられている状態）であるか否かを判定する。
【０３３２】
前述したように、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」であるとき、空燃比センサ６７は、ある時間帯において限界電流式広域空燃比センサとして機能し、その時間帯に続く別の時間帯において濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能している。広域フィードバック制御に必要な限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓは、空燃比センサ６７が限界電流式広域空燃比センサとして機能しているときには得ることができるが、濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能しているときには得ることができない。換言すると、現時点が電圧印加状態であれば、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得して広域フィードバック制御を実行することができる。
【０３３３】
そこで、ＣＰＵ７１がステップ２２１０の処理を実行する時点において電圧印加状態が実現されているとき、ＣＰＵ７１はそのステップ２２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４１５乃至ステップ１４５０に進み、限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基くメインフィードバック量ＤＦｉを算出し、広域フィードバック制御を実行する。これに対し、ＣＰＵ７１がステップ２２１０の処理を実行する時点が電圧印加状態でなければ、ＣＰＵ７１はステップ２２１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０３３４】
＜空燃比気筒間インバランス判定＞
ＣＰＵ７１は図２３にフローチャートにより示した「空燃比気筒間インバランス判定ルーチン」を所定時間（４ｍｓ）の経過毎に繰り返し実行している。このルーチンは、図１５に示したルーチンのステップ１５１５とステップ１５２０との間にステップ２３１０が追加されている点においてのみ、図１５に示したルーチンと相違している。従って、以下、ステップ２３１０の処理について説明する。
【０３３５】
判定実行条件が成立すると、図１６のステップ１６３０の処理により判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値が「１」に設定される。このとき、ＣＰＵ７１は図２３のステップ１５０５からステップ１５１０に進み、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値を「１」に設定する。この結果、前述したように、電圧印加状態と電圧印加停止状態とが交互に繰り返され、空燃比センサ６７は、ある時間帯において限界電流式広域空燃比センサとして機能し、その時間帯に続く別の時間帯において濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能する。濃淡電池型パラメータＸ１の取得に必要な濃淡電池型出力値ＶＯ２は、空燃比センサ６７が濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能しているときには得ることができるが、限界電流式広域空燃比センサとして機能しているときには得ることができない。
【０３３６】
そこで、ＣＰＵ７１はステップ２３１０に進んだとき、現時点の状態が電圧印加停止状態であるか否かを判定する。そして、現時点の状態が電圧印加停止状態であるとき、ＣＰＵ７１はそのステップ２３１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１５２０乃至ステップ１５５０の処理を実行する。この結果、ステップ１５２５にて濃淡電池型出力値ＶＯ２が取得され、且つ、その濃淡電池型出力値ＶＯ２に基く濃淡電池型パラメータＸ１が算出される。そして、濃淡電池型パラメータＸ１が算出されたとき、ＣＰＵ７１はステップ１５５５乃至ステップ１５６５において濃淡電池型パラメータＸ１を用いたインバランス判定を行う。
【０３３７】
これに対し、ＣＰＵ７１がステップ２３１０の処理を実行する時点が電圧印加停止状態でなければ、ＣＰＵ７１はステップ２３１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」であっても、電圧印加停止状態でなければ（即ち、空燃比センサ６７が濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能していなければ）、空燃比センサ６７の出力値に基く濃淡電池型パラメータの取得は実行されない。
【０３３８】
以上、説明したように、第３判定装置のインバランス判定用パラメータ取得手段は、
（１）濃淡電池型パラメータＸ１を取得する所定の濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき（即ち、判定実行条件が成立することによって図１６のステップ１６２０及びステップ１６３０にて判定許可フラグＸｋｙｏｋａの値が「１」に変更され、それに伴って図２３のステップ１５０５及びステップ１５１０にて酸素濃度センサＦＢ制御フラグＸＯ２ＦＢの値が「１」に設定されているとき）、前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を周期的に送出し（図２１のステップ２１１０での「Ｙｅｓ」との判定と、その判定がなされているときのステップ２１３０及びステップ２１４０を参照。）、
（２）前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を送出しているときに前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び濃淡電池型パラメータＸ１を取得するように構成されている（図２３のステップ２３１０での「Ｙｅｓ」との判定、及び、図２３のステップ１５２０乃至ステップ１５５０を参照。）。
【０３３９】
更に、第３判定装置の広域フィードバック制御手段は、
（１）前記濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき、前記電圧印加状態を実現させる指示が前記インバランス判定用パラメータ取得手段により送出されている前記電圧印加停止状態を実現させる指示と時間的に重複しないように、前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を周期的に送出するとともに（図２１のステップ２１１０での「Ｙｅｓ」との判定と、その判定がなされているときのステップ２１３０及びステップ２１２０を参照。）、
（２）前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を送出しているときに広域フィードバック制御にて使用する限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得するように構成されている（図２２のステップ２２１０での「Ｙｅｓ」との判定、及び、ステップ１４１５を参照。）。
【０３４０】
従って、第３判定装置によれば、濃淡電池型出力値ＶＯ２に基く濃淡電池型パラメータＸ１を取得し且つ濃淡電池型パラメータＸ１に基く空燃比気筒間インバランス判定を実行しながら、同時並列的に限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基く広域フィードバック制御を継続することができる。その結果、第３判定装置は、エミッションを良好に維持しながら、精度の高い空燃比気筒間インバランス判定を行うことができる。
【０３４１】
次に、各判定装置に共通する図１６のステップ１６２０における各条件について説明を加える。
【０３４２】
（条件Ｃ１の理由）吸入空気流量Ｇａが第１閾値空気流量Ｇａ１ｔｈよりも小さいか、又は、吸入空気流量Ｇａが第１閾値空気流量Ｇａ１ｔｈよりも大きい状態が、第１閾値時間Ｔ１ｔｈ以上継続していない場合、即ち、条件Ｃ１が成立していない場合、空燃比センサ６７の外側保護カバー６７ｂの近傍を流れる排ガスの流速は非常に小さくなる。この場合、空燃比センサ６７が限界電流式広域空燃比センサとして機能しているときのみでなく、濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能しているときであっても、空燃比センサ６７の応答性が良好ではなく、それ故、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３４３】
（条件Ｃ２の理由）メインフィードバック制御条件が成立していないと、空燃比気筒間インバランス以外の要因によって「排ガスの空燃比」が乱れる可能性がある。それ故、条件Ｃ２が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない虞がある。
【０３４４】
（条件Ｃ３の理由）フューエルカット制御中であると、燃料が噴射されないから、排ガスの空燃比は「インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさ（空燃比気筒間インバランス状態の程度）」に応じて変化しなくなる。それ故、条件Ｃ３が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３４５】
（条件Ｃ４の理由）フューエルカット制御が終了した時点から第２閾値時間Ｔ２ｔｈが経過していないとき、即ち、フューエルカット制御終了直後においては、噴射された燃料が吸気ポート３１及び吸気弁３２等に多量に付着し始める等の要因により、機関の空燃比が変動し易い。それ故、条件Ｃ４が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３４６】
（条件Ｃ５の理由）アクティブ制御によれば機関の空燃比が強制的に変化させられるので、アクティブ制御中においては、排ガスの空燃比が変動し易い。それ故、条件Ｃ５が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３４７】
（条件Ｃ６の理由）アクティブ制御の終了時点から第３閾値時間Ｔ３ｔｈが経過していないと、即ち、アクティブ制御終了直後であると、アクティブ制御の影響によって排ガスの空燃比が安定していない。それ故、条件Ｃ６が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３４８】
なお、アクティブ制御は、所定の条件（アクティブ制御条件）が成立したときに「上流側目標空燃比ａｂｙｆｒを理論空燃比以外の空燃比へと設定する制御」である。アクティブ制御は、例えば、上流側触媒５３の異常判定を実行する場合、及び、空燃比センサ６７の異常判定を実行する場合等において実行される。即ち、アクティブ制御は、機関制御部品（排気浄化に関する部品）の故障判定を実行すること等を目的として、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒを強制的に理論空燃比とは相違する空燃比に変化させ、機関１０に供給される混合気の空燃比（機関の空燃比）を強制的に理論空燃比から乖離させる制御（典型的には、周期的に機関の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比と理論空燃比よりもリーン側の空燃比との間で強制振動させる制御）を含む。
【０３４９】
上流側触媒５３の異常判定を実行する場合のアクティブ制御（触媒ＯＢＤアクティブ制御）は、例えば、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘを取得するために、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒを周期的に理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（リッチ空燃比）と理論空燃比よりもリーン側の空燃比（リーン空燃比）に設定する制御である。最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが閾値最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘｔｈよりも小さいとき、上流側触媒５３は劣化したと判定される。
【０３５０】
これらのアクティブ制御は、例えば、特開２００９−１９１６６５号公報、特開２００９−１２７５９７号公報、特開２００９−１２７５９５号公報、特開２００９−０９７４７４号公報、特開２００７−０５６７２３号公報、特開２００４−０２８０２９号公報、及び、特開２００４−１７６６１５号公報等に開示された周知な制御である。
【０３５１】
なお、「第１判定装置（及び、他の判定装置）は、アクティブ制御条件が成立していないとき、（上流側目標空燃比ａｂｙｆｒを理論空燃比に設定することにより）、機関１０に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に設定（制御）する理論空燃比設定手段を備える。」と言うこともできる。
【０３５２】
（条件Ｃ７の理由）アクセル変化量ΔＡｃｃｐが閾値アクセル変化量ΔＡｃｃｐｔｈ以上であるとき、即ち、比較的急激な加速減操作がなされていると、「吸入空気流量（従って、筒内吸入空気量）」及び「吸気ポート３１や吸気弁３２等の吸気通路構成部材への燃料付着量」が急変する。このため、機関の空燃比が乱れ、それにより、排ガスの空燃比が変動する。それ故、条件Ｃ７が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３５３】
（条件Ｃ８の理由）アクセル変化量ΔＡｃｃｐが閾値アクセル変化量（閾値加速操作変化量）ΔＡｃｃｐｔｈ未満である状態が、第４閾値時間Ｔ４ｔｈ以上継続していないと、加減速操作の影響が残り、排ガスの空燃比が安定していない。それ故、条件Ｃ８が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３５４】
（条件Ｃ９の理由）吸入空気流量変化量ΔＧａが閾値流量変化量ΔＧａｔｈ以上であるとき、アクセル変化量ΔＡｃｃｐが閾値アクセル変化量ΔＡｃｃｐｔｈ以上であるときと同様の理由により、排ガスの空燃比が変動する。それ故、条件Ｃ９が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３５５】
（条件Ｃ１０の理由）吸入空気流量変化量ΔＧａが閾値流量変化量ΔＧａｔｈ未満である状態が、第５閾値時間Ｔ５ｔｈ以上継続していないと、加減速操作の影響が残り、排ガスの空燃比が安定していない。それ故、条件Ｃ１０が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３５６】
（条件Ｃ１１の理由）機関回転速度ＮＥが「吸入空気流量Ｇａが大きくなるほど大きくなる閾値回転速度ＮＥｔｈ」以上であると、単位燃焼サイクル期間の時間が短くなる。従って、排ガスの空燃比の変動の周期が短くなり、空燃比センサ６７の「出力値Ｖａｂｙｆｓ又は出力値ＶＯ２」がその排ガスの空燃比の変動に追従できなくなる。それ故、条件Ｃ１１が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３５７】
（条件Ｃ１２の理由）冷却水温ＴＨＷが閾値冷却水温ＴＨＷｔｈ未満であると、吸気通路構成部材の温度が低いので、吸気通路構成部材へ燃料が多量に付着する。このとき、指示燃料噴射量よりも多い燃料を噴射するようになっているインバランス気筒の燃料噴射弁３９から噴射された燃料の方が非インバランス気筒の燃料噴射弁３９から噴射された燃料よりも、より多く吸気通路構成部材に付着する。その結果、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさが小さくなる。それ故、条件Ｃ１２が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３５８】
（条件Ｃ１３の理由）蒸発燃料ガスのパージが行われていると、その蒸発燃料ガスが各気筒に均等に配分されるので、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差が蒸発燃料ガスのパージが行われていないときに比べて変化してしまう。従って、条件Ｃ１３が成立していないと、精度のよいインバランス判定用パラメータを取得できない。
【０３５９】
以上、説明したように、本発明に係る各判定装置は、空燃比センサ６７の機能を切り替えることにより、濃淡電池型出力値ＶＯ２に基く濃淡電池型パラメータＸ１を取得し、その濃淡電池型パラメータＸ１に基いてインバランス判定を行う。従って、精度の良いインバランス判定が行われる。
【０３６０】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各実施形態の濃淡電池型パラメータＸ１は正の値であるので、ステップ１５５５にて濃淡電池型パラメータＸ１の絶対値をとる必要はない。但し、濃淡電池型パラメータＸ１が負の値をとるようなパラメータであれば、ステップ１５５５において、その濃淡電池型パラメータＸ１の絶対値と濃淡電池型インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈとを比較すればよい。或いは、濃淡電池型パラメータＸ１が負の値をとるようなパラメータであれば、ステップ１５５５において、その濃淡電池型パラメータＸ１と「符合が反転された濃淡電池型インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈ」とを比較し、濃淡電池型パラメータＸ１が濃淡電池型インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈより小さいとき、濃淡電池型パラメータＸ１の絶対値が濃淡電池型インバランス判定用閾値Ｘ１ｔｈよりも大きいと判定してもよい。
【０３６１】
同様に、上記各実施形態の限界電流型パラメータＸ２は正の値であるので、ステップ１９４５にて限界電流型パラメータＸ２の絶対値をとる必要はない。但し、限界電流型パラメータＸ２が負の値をとるようなパラメータであれば、ステップ１９４５において、その限界電流型パラメータＸ２の絶対値と限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈとを比較すればよい。或いは、限界電流型パラメータＸ２が負の値をとるようなパラメータであれば、ステップ１９４５において、その限界電流型パラメータＸ２と「符合が反転された限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈ」とを比較し、限界電流型パラメータＸ２が限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈより小さいとき、限界電流型パラメータＸ２の絶対値が限界電流型対応インバランス判定用閾値Ｘ２ｔｈよりも大きいと判定してもよい。
【０３６２】
加えて、「切替スイッチ６７８に電圧印加停止状態を実現させる指示（切替スイッチ６７８を開く指示）を送出している期間」において、又は、「切替スイッチ６７８に電圧印加状態を実現させる指示（切替スイッチ６７８を閉じる指示）を送出している期間」において、空燃比検出素子６７ａの温度を推定するために使用される空燃比検出素子６７ａのアドミタンスを取得するように、矩形波形又は正弦波形の電圧を「排ガス側電極層６７２と大気側電極層６７３との間」に時分割的に付与してもよい。例えば、第３判定装置のインバランス判定用パラメータ取得期間において、このようなアドミタンスを取得するための指示を切替スイッチ６７８に与えた例を図２４のタイムチャートに示す。
【０３６３】
更に、広域フィードバック制御の態様は上記実施形態の態様に限られない。例えば、広域フィードバック制御は、目標空燃比ａｂｙｆｒと出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比ａｂｙｆｓｃとの差（ａｂｙｆｒ−ａｂｙｆｓｃ）が正の値であるときには、その差の大きさ｜ａｂｙｆｒ−ａｂｙｆｓｃ｜が大きいほど絶対値が大きくなり且つ負の値を有するメインフィードバック量ＤＦｉを設定する制御であってもよい。同様に、目標空燃比ａｂｙｆｒと出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比ａｂｙｆｓｃとの差（ａｂｙｆｒ−ａｂｙｆｓｃ）が負の値であるときには、その差の大きさ｜ａｂｙｆｒ−ａｂｙｆｓｃ｜が大きいほど絶対値が大きくなり且つ正の値を有するメインフィードバック量ＤＦｉを設定する制御であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月17日(2011.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用される空燃比気筒間インバランス判定装置であって、
前記複数の気筒のうちの少なくとも２以上の気筒から排出された排ガスが集合する前記機関の排気通路の排気集合部又は同排気通路の同排気集合部よりも下流側の部位に配設される空燃比センサであって、固体電解質層と、固体電解質層の一面に形成された排ガス側電極層と、同排ガス側電極層を覆うとともに前記排ガスが到達する拡散抵抗層と、同固体電解質層の他面に形成されるとともに大気室内に露呈された大気側電極層と、を有する空燃比検出素子を含み、前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に電圧が印加されたとき限界電流式広域空燃比センサとして機能して同空燃比検出素子に流れる限界電流に応じた値を限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓとして出力するとともに、前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に電圧が印加されていないとき濃淡電池型の酸素濃度センサとして機能して同空燃比検出素子が発生する起電力を濃淡電池型出力値ＶＯ２として出力する、空燃比センサと、
前記少なくとも２以上の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに同２以上の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料をそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁と、
指示に応じて前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に前記電圧を印加する電圧印加状態か又は前記電圧の印加を停止する電圧印加停止状態かの何れかの状態を実現する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を送出するとともに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得し、同取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比と理論空燃比に設定された目標空燃比ａｂｙｆｒとが一致するように同限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓにより表される空燃比と同目標空燃比ａｂｙｆｒとの差に応じた値に基いて前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御である広域フィードバック制御を実行する広域フィードバック制御手段と、
前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出するとともに前記濃淡電池型出力値ＶＯ２を取得し、同取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２の単位時間あたりの変化量に応じて変化する値又は同取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２の単位時間あたりの変化量の変化量に応じて変化する値であって、前記少なくとも２以上の気筒のそれぞれに供給される混合気の空燃比である気筒別空燃比の間の差が大きいほどその絶対値が大きくなるインバランス判定用パラメータである濃淡電池型パラメータを、同取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２に基づいて取得するインバランス判定用パラメータ取得手段と、
前記取得された濃淡電池型パラメータの絶対値が所定の濃淡電池型対応インバランス判定用閾値よりも大きいとき、前記気筒別空燃比の間の差が許容値以上となっている空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するインバランス判定手段と、
を備えた空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記空燃比センサは、
前記空燃比検出素子を内部に収容するとともに前記排気通路を流れる排ガスを同内部に流入させる流入孔と同内部に流入した排ガスを同排気通路へと流出させる流出孔とを有する保護カバーを備える空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示が送出されているときに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得し、同取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて前記気筒別空燃比の間の差が大きいほどその絶対値が大きくなるインバランス判定用パラメータであって前記濃淡電池型パラメータとは異なる限界電流型パラメータを取得し、且つ、前記機関の運転状態が、前記限界電流式広域空燃比センサとして機能している場合における前記空燃比センサの応答性が所定閾値以上の応答性を確保することができない所定の特定運転状態になったとき、前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出することにより前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成されるとともに、前記取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に対応する目標値Ｖｓｔに一致するように前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御である濃淡電池型フィードバック制御を実行する濃淡電池型フィードバック制御手段を含み、
前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型フィードバック制御が実行されている場合に前記広域フィードバック制御を停止するように構成され、
前記インバランス判定手段は、
前記取得された限界電流型パラメータの絶対値が所定の限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも大きいとき、前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するように構成された、
空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記特定運転状態が、前記機関に単位時間あたりに吸入される空気の量である吸入空気流量が所定の閾値空気流量以下となる運転状態であると定められている空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項５】
請求項３に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記特定運転状態が、前記機関の一つの気筒が一回の吸気行程あたりに吸入する空気の量に応じた値である前記機関の負荷が所定の閾値負荷以下となる運転状態であると定められている空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示が送出されているときに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得し、同取得した限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓに基いて前記気筒別空燃比の間の差が大きいほどその絶対値が大きくなるインバランス判定用パラメータであって前記濃淡電池型パラメータとは異なる限界電流型パラメータを取得し、且つ、同取得した限界電流型パラメータの絶対値が所定の限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも小さいとき前記電圧印加状態を実現させる指示に代えて前記電圧印加停止状態を実現させる指示を前記電圧印加手段に送出することにより前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成されるとともに、前記取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に対応する目標値Ｖｓｔに一致するように前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御である濃淡電池型フィードバック制御を実行する濃淡電池型フィードバック制御手段を含み、
前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型フィードバック制御が実行されている場合に前記広域フィードバック制御を停止するように構成され、
前記インバランス判定手段は、
前記取得された限界電流型パラメータの絶対値が前記限界電流型対応インバランス判定用閾値よりも大きいとき、前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定するように構成された、
空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項７】
請求項１又は請求項２に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記濃淡電池型パラメータを取得する所定の濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき、前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を周期的に送出し、前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を送出しているときに前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成され、
前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき、前記電圧印加状態を実現させる指示が前記インバランス判定用パラメータ取得手段により送出されている前記電圧印加停止状態を実現させる指示と時間的に重複しないように、前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を周期的に送出するとともに、前記電圧印加手段に前記電圧印加状態を実現させる指示を送出しているときに前記限界電流型出力値Ｖａｂｙｆｓを取得するように構成された、
空燃比気筒間インバランス判定装置。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記濃淡電池型パラメータを取得する所定の濃淡電池型パラメータ取得条件が成立しているとき前記電圧印加手段に前記電圧印加停止状態を実現させる指示を連続的に送出するとともに前記濃淡電池型出力値ＶＯ２及び前記濃淡電池型パラメータを取得するように構成され、更に、前記取得した濃淡電池型出力値ＶＯ２が理論空燃比に対応する目標値Ｖｓｔに一致するように前記複数の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を調整する制御である濃淡電池型フィードバック制御を実行する濃淡電池型フィードバック制御手段を含み、
前記広域フィードバック制御手段は、
前記濃淡電池型フィードバック制御が実行されている場合に前記広域フィードバック制御を停止するように構成された、
空燃比気筒間インバランス判定装置。
【国際調査報告】
2011042994.tif 000027
2011042994.tif 000028
2011042994.tif 000029
2011042994.tif 000030